JP4078104B2 - Optical fiber amplifier and optical signal amplification method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器及び光信号の増幅方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの研究開発が精力的に進められているが、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ（以下、エルビウムドープファイバを「ＥＤＦ」ということがある）などの希土類ドープファイバを用いた光増幅の技術を利用したブースターアンプやリピータあるいはプリアンプの重要性が明らかになっている。
【０００３】
また、光増幅器の出現により、光増幅器を多中継増幅する伝送システムが、マルチメディア社会における通信システムの経済化を図る上で非常に大きな役割を果たすとして注目を集めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる伝送システムにおける課題としては、分散補償，伝送路である光ファイバ中での非線型効果（伝送品質に悪影響を及ぼすもの）の低減，経済的な広帯域波長多重伝送を挙げることができる。
一般に、伝送路である光ファイバには、分散特性があり、ファイバの長さに比例して分散量が蓄積するが、従来は、光増幅中継器などはなく、再生中継を行なっているので、中継する毎に分散量がリセットされ、問題とならなかった。
【０００５】
しかし、光増幅中継では一種のアナログ増幅による中継であるため、分散量が蓄積するので、これに対しては、信号波長を零分散波長に設定して伝送すればよい。しかし、これでは、次のような課題がある。
（１−１）光ファイバは既に大量に敷設されており、その光ファイバの零分散波長は不幸なことに１．３μｍであり、一方、実用化の目処がたっている光増幅器では１．５５μｍ帯の信号しか増幅できない。
【０００６】
（１−２）最近の報告で、たとえ新規に零分散波長が１．５５μｍにある光ファイバを敷設して、１．５５μｍの信号で伝送しても、光ファイバ中での非線型効果が活発に生じてしまうことが明らかとなった。これは、信号波長を零分散波長に一致させて伝送すると好ましくない非線型効果が顕著となることを意味する。
【０００７】
（１−３）特に、波長多重伝送においては、複数の異なる信号光波長があるために零分散波長に一致させるという概念は適用できない。
したがって、最近は、意図的に信号波長を零分散波長から適度にずらして、例えば、中継毎に、分散を補償すること等が提案されている。
このように、近年、分散補償器の研究が活発に進められているが、もっとも実用化に近いのは分散補償ファイバ（以下、分散補償ファイバを「ＤＣＦ」ということがある。ここで、ＤＣＦは、Dispersion Compensation Fiber の略である。）であるが、この場合、以下の課題がある。
【０００８】
（２−１）既設のファイバ（伝送路）を利用する場合、既に存在する中継点で集中的に分散補償を行なうために、分散補償ファイバを装置として介装する必要がある。このため、分散補償ファイバの長さを短くするような研究開発が行なわれている。
（２−２）新規にファイバを敷設する場合は、分散補償ファイバを装置として介装するのではなく、分散補償ファイバを伝送路の一部として敷設することも考えられる。例えば２０ｋｍのファイバと２０ｋｍの分散補償ファイバとで４０ｋｍの伝送路を構成することが考えられるが、このような新規の分散補償ファイバの研究開発は、上記（２−１）の用途に使用する分散補償ファイバの研究開発と合わせると、二重開発となってしまう。
【０００９】
即ち、以上をまとめると、波長多重伝送においては、波長分散を補償する必要があり、分散補償ファイバで行なうのが実用化にもっとも近いことから、一つの方法として分散補償ファイバを用いる方法が有力であり、更にこの分散補償ファイバを光増幅中継器の中に一つの部品として入れることが研究されているとうことができるが、一般には、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のモードフィールド径は分散を補償するために小さく非線型効果が生じやすいとともに補償する分散量が増えると損失も大きい。
【００１０】
このために、分散補償ファイバの損失も光増幅器で補償する方法が考えられるが、この分散補償ファイバ内で生じる自己位相変調（ＳＰＭ：Self-Phase Modulation ）や相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-Phase Modulation）といった信号の品質を劣化させる非線型効果の影響を受けないように損失を補償する必要があり、レベルダイヤの設計が難しいという問題がある。さらに、ＷＤＭ用の光増幅器には、平坦でかつ広い光増幅帯域が要求されるが、希土類ドープファイバ光増幅器にも利得の波長依存性があり平坦でかつ広い増幅帯域を実現するのは困難であるという課題もある。
【００１１】
また、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作することになる。
例えば、エルビウムドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に、１．５３〜１．５７μｍの自然放出光（ＡＳＥ）が発生するが、このＡＳＥはエルビウムドープファイバ光増幅器内の反射点で反射を繰り返すため、不要な発振が生じることがある。特に、多波長一括増幅用に調整されたエルビウムドープファイバ光増幅器（即ち、励起率が高いエルビウムドープファイバ光増幅器）では、１．５３μｍ付近での利得が高いため、この波長において不要な発振が生じやすく、このように不要な発振が生じた場合には、エルビウムドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、分散補償ファイバを用いる場合には、この分散補償ファイバのモードフィールド径が小さいためにラマン増幅のしきい値の下がっていることを利用して、ラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償を行なえるようにした、光ファイバ増幅器及び光信号の増幅方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、分散補償ファイバと同様にラマン増幅機能を有するシリカ系光ファイバを用いることにより、分散補償ファイバを用いる場合と同様に、ラマン増幅によるシリカ系光ファイバの損失補償を行なえるようにした、光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
また、本発明は、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器や、多波長一括増幅用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器の不安定動作を抑制するようにした、光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光ファイバ増幅器は、励起光を出力する第１の励起光源と、光合分波器と、該光合分波器を介して該第１の励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅するとともに、前段又は後段にシリカ系光ファイバを結合した、希土類元素を添加した第１の光ファイバとを備え、該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該シリカ系光ファイバが該光信号をラマン増幅させることを特徴としている。
この場合においては、該第１の励起光源を、２つの励起光源と、これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成することができる。又、該第１の励起光源は、励起光を無偏光化する手段を有することとしてもよい。更に、該第１の励起光源は、励起光を変調する手段を有することとしてもよい。
さらに、本発明の光伝送システムは、励起光を出力する第１の励起光源と、光合分波器と、該光合分波器を介して該第１の励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光
により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅する希土類元素を添加した第１の光ファイバと、該第１の光ファイバに結合され、該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該光信号をラマン増幅させるシリカ系光ファイバと、該シリカ系光ファイバに接続され、該シリカ系光ファイバ内で該光信号がラマン増幅されるように選択された波長の第２の励起光で該シリカ系光ファイバを励起する第２の励起光源とをそなえ、該第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、該第２の励起光源から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、波長に依存した利得特性を有し、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起されて所定の波長帯域内の波長多重光信号を増幅する光増幅部と、該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させる第２の励起光源とをそなえ、かつ、該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴としている。
この場合においては、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることとしたり、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることとしたりすることができる。
また、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起して所定の波長帯域の光信号を増幅し、該第１の励起光の波長は、該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴としている。
この場合においては、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることとしたり、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることとしたりすることができる。
さらに、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなる光増幅部が、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により波長に依存した利得特性で所定の波長帯域内の光信号を増幅し、該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および該第１の励起光と波長の異なる所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させることを特徴としている。
（１）本発明の第１の態様の説明
図１は本発明の第１の態様を示す原理ブロック図で、この図１において、５１，５２は前後２段にわたり配設された希土類ドープファイバ及び分散補償ファイバである。
【００１５】
５３−１は、希土類ドープファイバ５１のための第１の波長帯域の励起光を生じる第１励起光源であり、５４−１は、第１励起光源５３−１からの励起光を希土類ドープファイバ５１へ入射する第１光カプラである。
５３−２は、分散補償ファイバ５２のための第２の波長帯域の励起光を生じる第２励起光源であり、５４−２は、第２励起光源５３−２からの励起光を分散補償ファイバ５２へ入射する第２光カプラである。
【００１６】
そして、分散補償ファイバ５２を第２励起光源５３−２からの第２の波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
即ち、希土類ドープファイバ５１からなる希土類ドープファイバ光増幅部と、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせる分散補償ファイバ５２からなるラマン光増幅部とが、前後２段にわたって縦続接続されているのである。
この場合、第１励起光源５３−１で生じる励起光の波長帯域が０．９８μｍであり、第２励起光源５３−２で生じる励起光の波長帯域が１．４７μｍ（１．４５〜１．４９μｍ：以下、１．４７μｍ帯域というときは、特に断らない限り、１．４５〜１．４９μｍをいう）であることが好ましい。
【００１７】
なお、ラマン光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設するようにしてもよく、希土類ドープファイバ光増幅部が低雑音指数を有する光増幅部として構成されている場合においては、希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、ラマン光増幅部が後段増幅部として配設するようにしてもよい。
また、第２励起光源５３−２を、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成することもでき、第２励起光源５３−２を、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成することもでき、第２励起光源５３−２を、変調を施された励起光を発生するように構成することもできる。
（２）本発明の第２の態様の説明
図２は本発明の第２の態様を示す原理ブロック図で、この図２において、６１，６２は、前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ及び分散補償ファイバである。
【００１８】
６３は、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源であり、６４は、励起光源６３からの励起光をエルビウムドープファイバ６１へ入射する光カプラである。
そして、この場合は、分散補償ファイバ６２をエルビウムドープファイバ６１からの残留励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
【００１９】
即ち、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ６１からなる希土類ドープファイバ光増幅部と、希土類ドープファイバ光増幅部を励起しうる所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部（このラマン光増幅部は、分散補償ファイバ６２からなる）とが、縦列的に配設されるとともに、この希土類ドープファイバ光増幅部及びラマン光増幅部を励起するための励起光を供給する励起光源６３が設けられているのである。
なお、励起光源６３を、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成することもでき、励起光源６３を、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成することもでき、励起光源６３を、変調を施された励起光を発生するように構成することもできる。
（３）本発明の第３の態様の説明
図３は本発明の第３の態様を示す原理ブロック図で、この図３において、７１，７２は前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ及び分散補償ファイバである。
７３は１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源であり、７４は励起光源７３からの励起光を分散補償ファイバ７２へ入射する光カプラである。
【００２０】
この場合は、エルビウムドープファイバ７１を分散補償ファイバ７２からの残留励起光で励起させるように構成されている。
（４）本発明の第４の態様の説明
図４は本発明の第４の態様を示す原理ブロック図で、この図４において、８１は希土類元素をドープされた分散補償ファイバであり、８２は、希土類元素をドープされた分散補償ファイバ８１のための励起光を生じる励起光源であり、８３は、励起光源８２からの励起光を希土類元素をドープされた分散補償ファイバ８１へ入射する光カプラである。
（５）本発明の第５の態様の説明
図５は本発明の第５の態様を示す原理ブロック図で、この図５において、９１，９２は前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ及び分散補償ファイバである。
【００２１】
９３はエルビウムドープファイバ９１のための１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源であり、９４は励起光源９３からの励起光をエルビウムドープファイバ９１へ入射する光カプラである。
９５は、エルビウムドープファイバ９１と分散補償ファイバ９２との間に介装されて、エルビウムドープファイバ９１から出てくる１．４７μｍ帯域の残留励起光を遮断する光フィルタである。
【００２２】
（６）本発明の第６の態様の説明
図６（ａ）は本発明の第６の態様を示す原理ブロック図で、この図６（ａ）において、１０１はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、１０２はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、図６（ａ）に示す光ファイバ増幅器は、シリカ系光ファイバ１０１を前段側に、エルビウムドープファイバ１０２を後段側にそれぞれそなえている。
１０３−１は、シリカ系光ファイバ１０１のための波長帯域の励起光を生じるシリカ系光ファイバ用励起光源であり、１０４−１は、シリカ系光ファイバ用励起光源１０３−１からの励起光をシリカ系光ファイバ１０１へ入射する光カプラである。
【００２３】
１０３−２は、エルビウムドープファイバ１０２のための波長帯域の励起光を生じるエルビウムドープファイバ用励起光源であり、１０４−２は、エルビウムドープファイバ用励起光源１０３−２からの励起光をエルビウムドープファイバ１０２へ入射する光カプラである。
この場合は、シリカ系光ファイバ１０１をシリカ系光ファイバ用励起光源１０３−１からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
【００２４】
即ち、図６（ａ）に示す光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１０２からなる希土類ドープファイバ光増幅部と、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるシリカ系光ファイバ１０１からなるラマン光増幅部とが、前後２段にわたって縦続接続されており、ラマン光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されているのである。
なお、希土類ドープファイバ光増幅部が低雑音指数を有する光増幅部として構成されている場合において、希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、ラマン光増幅部が後段増幅部として配設してもよい。
【００２５】
さらに、励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、上記のシリカ系光ファイバ用励起光源１０３−１及びエルビウムドープファイバ用励起光源１０３−２を兼用するようにしてもよい。
（７）本発明の第７の態様の説明
図６（ｂ）は本発明の第７の態様を示す原理ブロック図で、この図６（ｂ）において、１１１は低雑音指数を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、１１２はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、図６（ｂ）に示す光ファイバ増幅器は、エルビウムドープファイバ１１１を前段側に、シリカ系光ファイバ１１２を後段側にそれぞれそなえている。
１１３−２は、シリカ系光ファイバ１１２のための波長帯域の励起光を生じるシリカ系光ファイバ用励起光源であり、１１４−２は、シリカ系光ファイバ用励起光源１１３−２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光カプラである。
【００２６】
１１３−１は、エルビウムドープファイバ１１１のための波長帯域の励起光を生じるエルビウムドープファイバ用励起光源であり、１１４−１は、エルビウムドープファイバ用励起光源１１３−１からの励起光をエルビウムドープファイバ１１１へ入射する光カプラである。
この場合は、シリカ系光ファイバ１１２をシリカ系光ファイバ用励起光源１１３−２からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
【００２７】
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、励起光源が、上記のシリカ系光ファイバ用励起光源１１３−２及びエルビウムドープファイバ用励起光源１１３−１を兼用するようにしてもよい。
（８）本発明の第８の態様の説明
図７は本発明の第８の態様を示す原理ブロック図で、この図７において、１２１−１は低雑音指数を有する第１エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、１２２はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、１２１−２は第２エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、図７に示す光ファイバ増幅器は、第１エルビウムドープファイバ１２１−１を前段に、シリカ系光ファイバ１２２を中段に、第２エルビウムドープファイバ１２１−２を後段にそれぞれそなえている。
１２３−１は、第１エルビウムドープファイバ１２１−１のための波長帯域の励起光を生じる第１エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１２４−１は、第１エルビウムドープファイバ用励起光源１２３−１からの励起光を第１エルビウムドープファイバ１２１−１へ入射する光カプラである。
【００２８】
１２３−２は、シリカ系光ファイバ１２２のための波長帯域の励起光を生じるシリカ系光ファイバ用励起光源であり、１２４−２は、シリカ系光ファイバ用励起光源１２３−２からの励起光をシリカ系光ファイバ１２２へ入射する光カプラである。
１２３−３は、第２エルビウムドープファイバ１２１−２のための波長帯域の励起光を生じる第２エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１２４−３は、第２エルビウムドープファイバ用励起光源１２３−３からの励起光を第２エルビウムドープファイバ１２１−２へ入射する光カプラである。
【００２９】
この場合は、シリカ系光ファイバ１２２をシリカ系光ファイバ用励起光源１２３−２からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
即ち、図７に示す光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１２１−１からなり低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設され、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるシリカ系光ファイバ１２２からなるラマン光増幅部が中段増幅部として配設され、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１２１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されているのである。
（９）本発明の第９の態様の説明
図８は本発明の第９の態様を示す原理ブロック図で、この図８において、１３１−１は低雑音指数を有する第１エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、１３２は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）であり、１３１−２は第２エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、図８に示す光ファイバ増幅器は、第１エルビウムドープファイバ１３１−１を前段に、分散補償ファイバ１３２を中段に、第２エルビウムドープファイバ１３１−２を後段にそれぞれそなえている。
１３３−１は、第１エルビウムドープファイバ１３１−１のための波長帯域の励起光を生じる第１エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１３４−１は、第１エルビウムドープファイバ用励起光源１３３−１からの励起光を第１エルビウムドープファイバ１３１−１へ入射する光カプラである。
【００３０】
１３３−２は、分散補償ファイバ１３２のための波長帯域の励起光を生じる分散補償ファイバ用励起光源であり、１３４−２は、分散補償ファイバ用励起光源１３３−２からの励起光を分散補償ファイバ１３２へ入射する光カプラである。１３３−３は、第２エルビウムドープファイバ１３１−２のための波長帯域の励起光を生じる第２エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１３４−３は、第２エルビウムドープファイバ用励起光源１３３−３からの励起光を第２エルビウムドープファイバ１３１−２へ入射する光カプラである。
【００３１】
この場合は、分散補償ファイバ１３２を分散補償ファイバ用励起光源１３３−２からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
即ち、図８に示す光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１３１−１からなり低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設され、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせる分散補償ファイバ１３２からなるラマン光増幅部が中段増幅部として配設され、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１３１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されているのである。
（１０）本発明の第１０の態様の説明
図９（ａ）は本発明の第１０の態様を示す原理ブロック図で、この図９（ａ）において、１４１は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）であり、１４２は励起光を生じる励起光源であり、１４３は、励起光源１４２からの励起光を分散補償ファイバ１４１へ入射する光カプラであって、分散補償ファイバ１４１を励起光源１４２からの励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
これにより、この光ファイバ増幅器は、分散補償ファイバ１４１と、この分散補償ファイバ１４１を励起してラマン増幅を生じさせる励起光源１４２とを有する分散補償ファイバモジュールをそなえていることになる。
【００３２】
この場合も、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光が光サーキュレータを通じて出力されるように構成したり、入力信号光が入力される入力ポート又は出力信号光が出力される出力ポートに、それぞれアイソレータを付加したりしてもよい。
（１１）本発明の第１１の態様の説明
図９（ｂ）は本発明の第１１の態様を示す原理ブロック図で、この図９（ｂ）において、１５１はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、１５２は励起光を生じる励起光源であり、１５３は、励起光源１５２からの励起光をシリカ系光ファイバ１５１へ入射する光カプラであって、シリカ系光ファイバ１５１を励起光源１５２からの励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
この場合も、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光が光サーキュレータを通じて出力されるように構成してもよい。
【００３３】
（１２）本発明の第１２の態様の説明
図１０は本発明の第１２の態様を示す原理ブロック図で、この図１０において、１５４は、希土類ドープファイバ６１からなる希土類ドープファイバ光増幅部であり、１５５は、光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部である。
この光ファイバ減衰部１５５は、希土類ドープファイバ光増幅部１５４の不安定動作を抑制するものである。
【００３４】
また、この光ファイバ減衰部１５５は、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部を兼用していてもよい。
なお、図１０において、６３は、励起光源であり、６４は、励起光源６３からの励起光を希土類ドープファイバ６１へ入射する光カプラである。
（１３）本発明の第１３の態様の説明
図１１は本発明の第１３の態様を示す原理ブロック図で、この図１１において、１５６−１，１５６−２は、希土類ドープファイバ１２１−１，１２１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅部としてそれぞれ構成された前段光増幅部及び後段光増幅部である。この前段光増幅部１５６−１及び後段光増幅部１５６−２を有して、光増幅ユニットが構成されている。
１５７は、光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部であり、この光ファイバ減衰部１５７は、光増幅ユニットにおける前段光増幅部１５６−１と後段光増幅部１５６−２との間に配設され、光増幅ユニットの不安定動作を抑制するものである。
【００３５】
また、この光ファイバ減衰部１５７は、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部を兼用していてもよい。
なお、図１１において、１２３−１，１２３−３は、励起光源であり、１２４−１は、励起光源１２３−１からの励起光を希土類ドープファイバ１２１−１へ入射する光カプラであり、１２４−３は、励起光源１２３−３からの励起光を希土類ドープファイバ１２１−２へ入射する光カプラである。
【００３６】
本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえたことを特徴としている（請求項１）。
【００３７】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とを有することを特徴としている（請求項２）。
【００３８】
ここで、前記ラマン増幅用励起光源は、光増幅部の前段に設けられていてもよい（請求項３）。
また、前記ラマン増幅用励起光源は、２つの励起光源と、これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成されてもよく（請求項４）、ラマン増幅用励起光源が、励起光を無偏光化する手段を有してもよく（請求項５）、さらに、励起光を変調する手段を有してもよい（請求項６）。
【００３９】
そして、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバと、第１の光ファイバを励起する励起光を出力する第１の励起光源とを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とをそなえ、第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることを特徴としている（請求項７）。
【００４０】
前記第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域は０．９８μｍ帯域であり、ラマン増幅用励起光源から出力される励起光の波長が１．４５μｍ乃至１．４９μｍの波長帯域にあることが好ましい（請求項８）。
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバと、第１の光ファイバを励起する励起光を出力する第１の励起光源とを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とをそなえ、第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることを特徴としている（請求項９）。
【００４１】
さらに、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバと、第１の光ファイバを励起する励起光を出力する第１の励起光源とを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源と、ラマン増幅用励起光源からの励起光をシリカ系光ファイバに入射する光カプラとをそなえたことを特徴としている（請求項１０）。
【００４２】
そして、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、波長に依存した利得特性を有し、所定の波長帯域内の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえたことを特徴としている（請求項１１）。
【００４３】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを有し、所定の波長帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とを有することを特徴としている（請求項１２）。
【００４４】
加えて、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させ、ラマン増幅させた光信号を、希土類元素を添加した第１の光ファイバによって増幅することを特徴としている（請求項１３）。
また、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起し、シリカ系光ファイバと結合された希土類元素を添加した第１の光ファイバによって光信号を増幅することを特徴としている（請求項１４）。
【００４５】
さらに、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを励起して所定の波長帯域の光信号を増幅し、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起することを特徴としている（請求項１５）。
ここで、前記第１の光ファイバと、シリカ系光ファイバとは異なる波長帯域の励起光によって励起されてもよく（請求項１６）、また、第１の光ファイバと、シリカ系光ファイバとは実質的に等しい波長帯域の励起光によって励起されてもよい（請求項１７）。
【００４６】
そして、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなる光増幅部が、波長に依存した利得特性で所定の波長帯域内の光信号を増幅し、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させることを特徴としている（請求項１８）。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（１）第１実施形態の説明
図１２は本発明の第１実施形態を示すブロック図で、この図１２に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１４４，分散補償ファイバ１４１，光分波合波器１４３が配設されている。また、光分波合波器１４３には、励起光源１４２が接続されている。
ここで、励起光源１４２は、ラマン増幅によるエルビウムドープファイバ増幅の帯域補償を行なうことのできる帯域（例えば、１．４４〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源であり、この励起光源１４２からの励起光は光分波合波器１４３を通じて分散補償ファイバ１４１の出力端から入射されるようになっている。
従って、この光ファイバ増幅器は、分散補償ファイバ１４１と励起光源１４２とを有する分散補償ファイバモジュールをそなえていることになる。
このような構成により、分散補償ファイバ１４１を励起光源１４２からの励起光で励起してラマン増幅を生じさせることができる。即ち、分散補償ファイバ１４１では、一般にそのモードフィールド径が小さいので、ラマン増幅のしきい値の下がっており、これにより、ラマン増幅を生じやすいのである。
ところで、分散補償ファイバには、次のような特性がある。
【００４８】
即ち、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）は、コア径が小さくモードフィールド径が通常の約半分で非線型効果（誘導ラマン散乱（ＳＲＳ），誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ），４光子混合（ＦＷＭ），自己位相変調効果（ＳＰＭ）等）が伝送路であるファイバより生じやすい。なお、分散補償ファイバは、その使用態様から、伝送路であるファイバほど長くは無いので分散補償ファイバを通す際の光パワーを小さくすれば使用できることは分かっている。これは非線型効果の影響も長さが長くなるとともに増大するからである。
また、分散補償ファイバでの光の減衰（損失）も無視できるものでないことが分かってきており、このために光増幅器で、この損失を補償する必要がある。
【００４９】
一方、入力パワーは上記のように述べた様に小さい値に制限され光増幅器としてのレベル設計に困難が生じている。
しかし、上記の非線型効果にも通信の際に有害なものと有益なものがある。このうち、ラマン増幅は有益である。
このラマン増幅が、非常に有益となる可能性がある点は次のとおりである。即ち、分散補償ファイバをラマン増幅させれば、分散補償ファイバ自体が光増幅器となり、損失が補償できるというものである。
【００５０】
なお、ラマン増幅とは、誘導ラマン散乱、即ち、強い単色光を光ファイバに照射したときに、その光ファイバの光学フォノンと相互作用することにより固有な量だけ波長がずれたコヒーレントなストークス光が誘導放出により発生する現象を応用して、ストークス光が信号光と同じ波長となるように単色光の波長を設定し、誘導放出により信号光を増幅させることをいう。
従って、上記のように分散補償ファイバ１４１を励起光源１４２からの上記のような帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせることにより、このラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償（エルビウムドープファイバの利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバの利得の減少の補填補償を含む）を行なうことができるのである。
なお、エルビウムドープファイバの１．５４μｍ帯の利得のくぼみを平坦化するには、〜１．４４μｍで励起してラマン増幅を生じさせる。
また、図１３に示すように、出力側に、アイソレータ１４４−２を追加することもできる。
さらに、図１２，図１３に示すように、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
【００５１】
また、分散補償ファイバ１４１のかわりに、シリカ系光ファイバを用いることもできる。
（２）第２実施形態の説明
図１４は本発明の第２実施形態を示すブロック図で、この図１４に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。また、光分波合波器５４−１には、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２には、励起光源５３−２が接続されている。
ここで、励起光源（第一励起光源）５３−１は、エルビウムドープファイバ５１のための第１の波長帯域（例えば０．９８μｍ帯域）での励起光を生じるもので、励起光源５３−２は、分散補償ファイバ５２のための第２の波長帯域（例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）または１．４４μｍまでの帯域（〜１．４４μｍ））の励起光を生じるものである。
【００５２】
すなわち、励起光源５３−１から出力される励起光の第１の波長帯域と、励起光源５３−２から出力される励起光の第２の波長帯域とが異なるように選択されている。
これにより、励起光源５３−２からの励起光で、分散補償ファイバ５２を励起して、前述の第１実施形態と同じ原理により、ラマン増幅を生じさせることができる。従って、この実施形態においても、分散補償ファイバ５２を励起光源５３−２からの１．４７μｍ帯域あるいは１．４４μｍまでの帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせることにより、このラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償を行なうことができるのである。
さらに、希土類ドープファイバ光増幅器の利得の波長特性が希土類イオンによって決まってしまうのに対して、ラマン光増幅器の利得の波長特性は励起波長によって決まり、励起波長を変えればそのピーク値がシフトするため、希土類ドープファイバ光増幅器の利得の波長特性を補償するようにラマン増幅を行なう際の励起波長を選択することができ、このようにすれば、広帯域光増幅器を実現することができる。
即ち、ラマン増幅の場合も増幅帯域幅が存在し、この利得の波長依存性を用いれば単なる分散補償ファイバの損失補償だけでなくエルビウムドープファイバの増幅帯域を補いより広帯域化が図れるのである。
【００５３】
換言すれば、エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性は、図２６，２７に示すように、平坦ではないので、分散補償ファイバを用いてラマン増幅させることにより、上記エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性の凹凸を平坦化することができ、その結果、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅（図２７参照）を行なう場合等に好適となるのである。
なお、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよい。
【００５４】
また、図１４に示す光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が後段増幅部として配設されているが、これに限定されず、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバからなるラマン光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい（ラマン光増幅部がシリカ系光ファイバからなる場合は、１つの励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用することができる）。
【００５５】
すなわち、励起光源５３−２は、エルビウムドープファイバ５１に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用の励起光源として機能している。
従って、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した希土類ドープファイバ５１を有し、前記の例えば０．９８μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する光増幅部（希土類ドープファイバ光増幅器）と、希土類ドープファイバ５１と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源５２−２を有することになる。
さらに、励起光源５３−２は、例えば図２３〜図２５に示す励起光源５３−２，５３−２′，５３−２′′と同様に、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて（励起光源とデポラライザとが励起光を無偏光化する手段として機能している。）、励起光の無偏光化を行なうように（励起光を変調する手段を有する。）構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
なお、図２３〜図２５に示す励起光源５３−２，５３−２′，５３−２′′については、それぞれ本発明の第９実施形態、本発明の第９実施形態の第１変形例及び本発明の第９実施形態の第２変形例において説明する。
（３）第３実施形態の説明
図１５は本発明の第３実施形態を示すブロック図で、この図１５に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）６１，アイソレータ６５−２，分散補償ファイバ６２，アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４に、励起光源６３が接続されている。
ここで、励起光源６３は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【００５６】
このような構成により、この図１５に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器６４によりエルビウムドープファイバ６１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ６１を励起させ、増幅させるが、エルビウムドープファイバ６１の他端から残留励起光が到達する。その後は、この残留励起光をアイソレータ６５−２を介して分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
このようにエルビウムドープファイバ，分散補償ファイバに共通の励起光源を用いて、両ファイバでの増幅が行なえるのは次のとおりである。
【００５７】
即ち、１．５５μｍ帯の信号光をラマン増幅する際の励起波長帯はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）の励起波長帯である１．４７μｍ帯（１．４５〜１．４９μｍ）であるからであり、従って、ＥＤＦを１．４７μｍ帯の光で励起した際の残留励起光パワーを用いて、ラマン増幅を行なうことができるのである。これにより、エルビウムドープファイバ６１で光増幅を行ないながら、分散補償ファイバ６２の損失を補償できるのである。
これにより、前述の第２実施形態と同様に、エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性の凹凸を平坦化して、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅を行なう場合等に好適となるほか、励起光源が１つで済むので、構造の簡素化及びコストの低廉化にも寄与しうるのである。
【００５８】
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
さらに、励起光源６３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（３−１）第３実施形態の第１変形例の説明
図１６は本発明の第３実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図１６に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）６１−１，アイソレータ６５−２，分散補償ファイバ６２，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）６１−２，光分波合波器６４−２，アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４−１に、励起光源６３−１が接続されるとともに、光分波合波器６４−２に、励起光源６３−２が接続されている。
ここで、励起光源６３−１，６３−２は、共に例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【００５９】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源６３−２とをそなえたことになる。
【００６０】
後述するように、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を励起する励起光を出力する励起光源６３−１，６３−２とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源（図示省略）と、ラマン増幅用励起光源からの励起光をシリカ系光ファイバに入射する光分波合成器（光カプラ）とをそなえて構成してもよい。
【００６１】
この場合、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を有し、１．４７μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とを有するように構成することもできる。
【００６２】
このような構成により、この図１６に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器６４−１によりエルビウムドープファイバ６１−１の入力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−１を励起させ、増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−１の他端からは残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光をアイソレータ６５−２を介して分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
また、励起光を光分波合波器６４−２によりエルビウムドープファイバ６１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−２を励起させ、増幅させることも行なわれるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端からはやはり残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光も分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
【００６３】
従って、ラマン増幅用励起光源が、希土類ドープファイバ光増幅部の前段に設けられるようになっている。
すなわち、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−２からなり、波長に依存した利得特性で１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅し、エルビウムドープファイバ６１−２に結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるのである。
【００６４】
この場合は、分散補償ファイバ６２は前後のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ６２による補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
さらに、分散補償ファイバ６２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。
【００６５】
即ち、図８と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１３３−１〜１３３−３及び光分波合波器１３４−１〜１３４−３用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
なお、分散補償ファイバ６２のかわりに、シリカ系光ファイバを用いてもよい。
【００６６】
すなわち、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバを１．４７μｍ帯域あるいは１．４４μｍまでの帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させ、ラマン増幅させた光信号を、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２によって増幅するようにもできる。
【００６７】
また、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起し、シリカ系光ファイバと結合された希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２によって光信号を増幅するのである。この場合、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、シリカ系光ファイバとは実質的に等しい波長帯域の励起光によって励起されてもよい。
（３−２）第３実施形態の第２変形例の説明
図１７は本発明の第３実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図１７に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４−１，エルビウムドープファイバ６１−１，アイソレータ６５−２，分散補償ファイバ６２，光分波合波器６４−３，光フィルタ６６，アイソレータ６５−３，光分波合波器６４−４，エルビウムドープファイバ６１−２，光分波合波器６４−５，アイソレータ６５−４が配設されている。そして、光分波合波器６４−１に、励起光源６３−１が接続されるとともに、光分波合波器６４−５に、励起光源６３−２が接続されている。すなわち、ラマン増幅用励起光源が、希土類ドープファイバ光増幅部の前段に設けられるようになっている。
ここで、励起光源６３−１，６３−２は、共に例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。後述するように、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源６３−２とをそなえたことになる。
【００６８】
この場合、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を有し、１．４７μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源６３−２とを有するように構成することもできる。
【００６９】
また、光分波合波器６４−３と６４−４との間には、光フィルタ６６，アイソレータ６５−３をそなえた光信号ラインと、励起光ラインとがパラレルに設けられる。
このような構成により、この図１７に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器６４−１によりエルビウムドープファイバ６１−１の入力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−１を励起させ、増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−１の他端からは残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光をアイソレータ６５−２を介して分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
また、励起光を光分波合波器６４−５によりエルビウムドープファイバ６１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−２を励起させ、増幅させることも行なわれるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端からはやはり残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光も光分波合波器６４−４，６４−３を介して、分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
この場合も、分散補償ファイバ６２は前後のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ６２による補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
【００７０】
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
さらに、分散補償ファイバ６２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。
【００７１】
即ち、図８と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１３３−１〜１３３−３及び光分波合波器１３４−１〜１３４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
なお、分散補償ファイバ６２のかわりに、シリカ系光ファイバを用いてもよい。
【００７２】
すなわち、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を励起して１．４７μｍ帯域あるいは１．４４μｍまでの波長帯域の光信号を増幅し、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起することもできる。そして、本発明の光信号の増幅方法は、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、シリカ系光ファイバとは異なる波長帯域の励起光によって励起されることもできるのである。
（４）第４実施形態の説明
図１８は本発明の第４実施形態を示すブロック図で、この図１８に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ７５−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）７１，分散補償ファイバ７２，光分波合波器７４，アイソレータ７５−２が配設されている。そして、光分波合波器７４に、励起光源７３が接続されている。
ここで、励起光源７３は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【００７３】
このような構成により、この図１８に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器７４により分散補償ファイバ７２の出力側から入射して、ラマン増幅を生じさせるとともに、この分散補償ファイバ７２からの残留励起光を、エルビウムドープファイバ７１の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ７１を励起させ、信号光を増幅させる。
このように逆にラマン増幅の際の残留励起光でエルビウムドープファイバ７１を励起することにより、前述の第２実施形態と同様に、エルビウムドープファイバの波長特性の凹凸を平坦化して、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅を行なう場合等に好適となるほか、励起光源が１つで済むので、構造の簡素化及びコストの低廉化にも寄与しうるのである。
なお、エルビウムドープファイバ，分散補償ファイバに共通の励起光源を用いて、両ファイバでの増幅が行なえる理由は、前述と同じである。
【００７４】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
また、励起光源７３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（５）第５実施形態の説明
図１９は本発明の第５実施形態を示すブロック図で、この図１９に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ８４−１，光分波合波器８３，エルビウム（希土類元素）イオンをドープされた分散補償ファイバ（以下、エルビウムドープ分散補償ファイバという）８１，アイソレータ８４−２が配設されている。そして、光分波合波器８３に、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）や０．９８μｍの励起光を生じる励起光源８２が接続されている。
このような構成により、この図１９に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器８３によりエルビウムドープ分散補償ファイバ８１の一端から入射して、このエルビウムドープ分散補償ファイバ８１を励起させ、信号光を増幅させる。
【００７５】
このように分散補償ファイバのコアにＥｒイオンをドープすれば、励起光は分散補償ファイバ８１内で急速に減衰するために、ラマン増幅も生じず、各微小区間で、分散補償ファイバ８１の損失を補償することになり、信号対雑音比を良好に保つことが可能となる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００７６】
なお、励起光源８２は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（６）第６実施形態の説明
図２０は本発明の第６実施形態を示すブロック図で、この図２０に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ９６−１，光分波合波器９４，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）９１，アイソレータ９６−２，光フィルタ９５，分散補償ファイバ９２が配設されている。そして、光分波合波器９４に、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源９３が接続されている。
また、光フィルタ９５は、エルビウムドープファイバ９１から出てくる１．４７μｍ帯域の残留励起光を遮断するものである。
【００７７】
このような構成により、この図２０に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器９４によりエルビウムドープファイバ９１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ９１を励起させ、信号光を増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ９１の他端から残留励起光が到達する。そして、この残留励起光は、光フィルタ９５により遮断される。
もし、不必要に１．４７μｍ帯の光を分散補償ファイバ９２に通すとラマン増幅により、レベルダイヤ設計あるいは光増幅器の波長特性に擾乱を来すことになるから、この場合は、１．４７μｍ帯の光が分散補償ファイバ９２に入力されるのを光フィルタ９５により遮断しているのである。
【００７８】
従って、分散補償ファイバ９２は主として伝送路の分散を補償するために使用されることになる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００７９】
なお、励起光源９３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（７）第７実施形態の説明
図２１は本発明の第７実施形態を示すブロック図で、この図２１に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５−１，光分波合波器３−１，シリカをホストとするエルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１，光分波合波器３−２，アイソレータ５−２が配設されている。そして、光分波合波器３−１に、例えば０．９８μｍ帯域の励起光を生じる励起光源２−１が接続されるとともに、光分波合波器３−２に、例えば約１．４４μｍの励起光あるいは約１．４６μｍの励起光を生じる励起光源２−２が接続されている。
ここで、光分波合波器３−１としてバルク型ではなく融着型のものを使用するとともに、励起光源２−１として光アイソレータ（光ＩＳＯ）を内蔵しない型のものを使用しているのは、１．５５μｍ帯域の光信号を増幅する際にエルビウムドープファイバ１で発生する１．５５μｍ帯域の雑音光は、０．９８μｍ帯域の励起光を生じる励起光源２−１には戻らないからである（以下の実施形態においても同様である）。
このような構成により、この図２１に示す光ファイバ増幅器では、０．９８μｍ帯域の励起光を光分波合波器３−１によりエルビウムドープファイバ１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１を励起させ、信号光を増幅させる。さらに、１．４４μｍの励起光あるいは１．４６μｍの励起光を光分波合波器３−２によりエルビウムドープファイバ１の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１でラマン増幅させる。
なお、エルビウムドープファイバ１においても、強い光を入力すると、ラマン増幅が生じることが知られている。
【００８０】
このように、シリカをホストとするエルビウムドープファイバ１を一般的な励起波長［例えば０．９８μｍ（１．４７μｍでもよい）］で増幅するとともに、〜１．４４μｍでラマン増幅することにより、エルビウムドープファイバの１．５４μｍ帯の利得のくぼみ（図２６参照）を平坦化することができ、また、〜１．４６μｍでラマン増幅することにより、１．５７μｍ付近のエルビウムドープファイバの利得減少（図２６参照）を補ってより特性を平坦化して広帯域化を実現できる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００８１】
（８）第８実施形態の説明
図２２は本発明の第８実施形態を示すブロック図で、この図２２に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１４４−１，分散補償ファイバ１４１，偏向保持型光分波合波器１４３，アイソレータ１４４−２が配設されている。そして、光分波合波器１４３に、偏波合成型励起光源１４２が接続されている。
ここで、励起光源１４２は、２つの励起光源１４２Ａ，１４２Ｂと、これらの励起光源１４２Ａ，１４２Ｂからの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１４２Ｃとで構成されている。
【００８２】
そして、励起光源１４２Ａ，１４２Ｂは共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
なお、光分波合波器１４３としては光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
【００８３】
このような構成により、この図２２に示す光ファイバ増幅器では、直交偏波合成された励起光を光分波合波器１４３により分散補償ファイバ１４１の出力端から入射して、分散補償ファイバ１４１で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なうことができるのである。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００８４】
また、分散補償ファイバ１４１のかわりに、シリカ系光ファイバを用いることもできる。
さらに、励起光源１４２は、例えば図２４，図２５に示す励起光源５３−２′，５３−２′′と同様に、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
【００８５】
なお、図２４，図２５に示す励起光源５３−２′，５３−２′′については、それぞれ本発明の第９実施形態の第１変形例及び本発明の第９実施形態の第２変形例において説明する。
（９）第９実施形態の説明
図２３は本発明の第９実施形態を示すブロック図で、この図２３に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，偏光保持型光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。そして、光分波合波器５４−１に、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２に、偏波合成型励起光源５３−２が接続されている。
ここで、励起光源５３−１は例えば０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源５３−２は、２つの励起光源５３−２Ａ，５３−２Ｂと、これらの励起光源５３−２Ａ，５３−２Ｂからの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）５３−２Ｃとで構成されている。
【００８６】
そして、この場合も、励起光源５３−２Ａ，５３−２Ｂは共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
なお、光分波合波器５４−１としては、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器５４−２としては、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
【００８７】
このような構成により、この図２３に示す光ファイバ増幅器では、励起光源５３−１からの励起光は光分波合波器５４−１からエルビウムドープファイバ５１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイバ５１で信号光の増幅が行なわれる。
また、直交偏波合成するされた励起光が光分波合波器５４−２により分散補償ファイバ５２の出力端から入射して、分散補償ファイバ５２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバ５２の損失補償を行なう。
【００８８】
このようにしても、前述の第８実施形態と同様の効果ないし利点が得られる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００８９】
さらに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよく、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が、前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい。
（９−１）第９実施形態の第１変形例の説明
図２４は本発明の第９実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図２４に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，偏光保持型光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。そして、光分波合波器５４−１に、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２に、無偏光偏波合成型励起光源５３−２′が接続されている。
ここで、励起光源５３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源５３−２′は、１つの励起光源５３−２Ａ′と、この励起光をデポラライズ（無偏光化）するデポラライザ５３−２Ｂ′とで構成されている。
【００９０】
ここで、デポラライザ５３−２Ｂ′は、分散補償ファイバ５２からなるラマン光増幅器における偏光依存性を低減させるものであり、励起光源５３−２Ａ′からの励起光を分波する偏波保持カプラ５３−２Ｅ′と、偏波保持カプラ５３−２Ｅ′で分波された励起光及び遅延線によって遅延させられた励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）５３−２Ｃ′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源５３−２Ａ′は、例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【００９１】
なお、光分波合波器５４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器５４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
このような構成により、この図２４に示す光ファイバ増幅器では、励起光源５３−１からの励起光は光分波合波器５４−１からエルビウムドープファイバ５１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ５１で信号光の増幅が行なわれる。
【００９２】
また、無偏光化された励起光が光分波合波器５４−２により分散補償ファイバ５２の出力端から入射して、分散補償ファイバ５２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバ５２の損失補償を行なう。
このようにすれば、分散補償ファイバ５２における偏光依存性を低減しながら、前述の第９実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【００９３】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
さらに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよく、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が、前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい。
（９−２）第９実施形態の第２変形例の説明
図２５は本発明の第９実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図２５に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，偏光保持型光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。そして、光分波合波器５４−１に、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２に、変調偏波合成型励起光源５３−２′′が接続されている。
ここで、励起光源５３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源５３−２′′は、２つの励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′と、これらの励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）５３−２Ｃ′′と、各励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′に対して数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚの変調を施す変調器５３−２Ｄ′′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′は共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【００９４】
なお、光分波合波器５４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器５４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
このような構成により、この図２５に示す光ファイバ増幅器では、励起光源５３−１からの励起光は光分波合波器５４−１からエルビウムドープファイバ５１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ５１で信号光の増幅が行なわれる。
【００９５】
また、変調されそのスペクトルが数百ｋＨｚ以上になっており、且つ直交偏波合成された励起光（この励起光のスペクトル線幅を広げることができる）が光分波合波器５４−２により分散補償ファイバ５２の出力端から入射して、分散補償ファイバ５２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なう。
このようにすれば、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高め、有害な非線型効果を抑制しながら、前述の第９実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【００９６】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
さらに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよく、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が、前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい。
（１０）第１０実施形態の説明
図２８は本発明の第１０実施形態を示すブロック図で、この図２８に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１２５−１，光分波合波器１２４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−１，アイソレータ１２５−２，シリカ系光ファイバ１２２，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−２，光分波合波器１２４−３，アイソレータ１２５−３が配設されている。そして、光分波合波器１２４−１，１２４−３に、例えば１．４７μ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源１２３−１，１２３−３（第１のエルビウムドープファイバ１２１−１に結合されたシリカ系ファイバ１２２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源として機能している。）が接続されている。
ここで、シリカ系光ファイバ１２２は、励起波長により増幅周波数帯域が変えることができるラマン光増幅器として機能するものであり、その帯域特性はホストガラスのシリカとコアのドープ材料及び濃度によって決まる。
【００９７】
また、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２は、増幅周波数帯域とその帯域特性がホストガラスとコアのドープ材料によって決まる希土類ドープファイバ光増幅器として機能するものである（光ファイバ増幅器として機能し、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する。）。
本実施形態におけるシリカ系光ファイバ１２２のモードフィールド径は小さくされており、シリカ系光ファイバ１２２からなるラマン光増幅器の雑音指数が、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅器より大きい場合には、前段増幅部に希土類ドープファイバ光増幅器を用いるとともに、中段増幅部にラマン光増幅器を用い、更に、信号光パワーが大きい後段増幅部には希土類ドープファイバ光増幅器を用いて、これらを縦続的に接続することにより、低雑音で且つより平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を有する光ファイバ増幅器を実現しているのである。
即ち、低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅器（１．４７μｍ帯励起によるエルビウムドープファイバ光増幅器など）を前段増幅部に用いて、極小の信号光を低雑音な状態で増幅するのであり、また、信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させる非線形効果（ここで、非線形効果とは、信号光の自己位相変調（Self-Phase Modulation,SPM ）、四光子混合（Four Wave Mixing,FWM）、相互位相変調（Cross-Phase Modulation,XPM）などの信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させるものである）の影響を低減するために、信号光パワーが小さいシリカ系光ファイバを用いたラマン光増幅器を中段増幅部に用いているのである。
【００９８】
すなわち、本実施形態の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、波長に依存した利得特性を有し、第１の波長帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を第２の波長帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１２３−３とをそなえたことになる。
このような構成により、この図２８に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器１２４−１によりエルビウムドープファイバ１２１−１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−１を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、分散補償ファイバと同様に、ラマン増幅させる。
さらに、励起光を光分波合波器１２４−３によりエルビウムドープファイバ１２１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−２を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。すなわち、ラマン増幅用励起光源が、エルビウムドープファイバ光増幅部１２１−２の前段に設けられるようにもできる。
【００９９】
このように、図２８に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯の励起光源１２３−１，１２３−３を用いることにより、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２及びシリカ系光ファイバ１２２のいずれをも励起することができ、これにより、図７に示す光ファイバ増幅器における励起光源１２３−２を削減することができ、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【０１００】
なお、シリカ系光ファイバ１２２とエルビウムドープファイバ１２１−２との間にアイソレータを設けるようにしてもよい。
また、シリカ系光ファイバ１２２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。この場合、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、波長に依存した利得特性を有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３−３とをそなえたことになる。また、これらのラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３−３から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
【０１０１】
即ち、図７と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器（ラマン増幅用励起光源１２１−１，１２３−３からの励起光をシリカ系光ファイバ１２２に入射する光分波合成器として機能している。）１２４−１〜１２４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
なお、シリカ系光ファイバ１２２のかわりに、分散補償ファイバを用いてもよい。
（１０）第１０実施形態の変形例の説明
図２９は本発明の第１０実施形態の変形例を示すブロック図で、この図２９に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１２５−１，光分波合波器１２４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−１，アイソレータ１２５−２，シリカ系光ファイバ１２２，光フィルタ１２６，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−２，光分波合波器１２４−３，アイソレータ１２５−３が配設されている。そして、光分波合波器１２４−１，１２４−３に、それぞれ偏波合成型励起光源１２３−１′，１２３−３′が接続されている。
ここで、励起光源１２３−１′は、２つの励起光源１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′と、これらの励起光源１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１２３−１Ｃ′とで構成されており、励起光源１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′は共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
また、励起光源１２３−３′は、２つの励起光源１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′と、これらの励起光源１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１２３−３Ｃ′とで構成されているが、単に励起光パワーを増加させるために直交偏波合成した励起光源であるため、励起光源１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′の励起波長及び励起光パワーは異なっていてもよい。
さらに、シリカ系光ファイバ１２２内でも直交偏波合成した励起光の無偏光状態が保たれるように、エルビウムドープファイバ１２１−１及びシリカ系光ファイバ１２２はしっかりとボビン等に固定されているか、筐体の中に納められることにより、外気の影響等を受けないようになっている。
【０１０２】
なお、アイソレータ１２５−１〜１２５−３は、偏波無依存型の光アイソレータであり、光フィルタ１２６は、エルビウムドープファイバ１２１−１で発生した１．５３５μｍ近傍のＡＳＥピークを除去あるいは平坦化する光フィルタであり、省略することもできる。
従って、本実施形態の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する励起光源１２３−１′，１２３−３′とを有し、０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起する励起光源１２３−１′と、励起光源１２３−１′からの励起光をシリカ系光ファイバ１２２に入射する光分波合成器（光カプラ）１２４−１とをそなえたことになる。
このような構成により、この図２９に示す光ファイバ増幅器では、１．４７μｍ帯域の励起光を光分波合波器１２４−１によりエルビウムドープファイバ１２１−１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−１を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。
さらに、１．４７μｍの励起光を光分波合波器１２４−３によりエルビウムドープファイバ１２１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−２を励起させ、増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。すなわち、ラマン増幅用励起光源１２３−３は、エルビウムドープファイバ光増幅部１２１−２の前段に設けられるように構成することもできる。
【０１０３】
このように、図２９に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯の励起光源１２３−１′，１２３−３′を用いることにより、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２及びシリカ系光ファイバ１２２のいずれをも励起することができ、これにより、図７に示す光ファイバ増幅器における励起光源１２３−２を削減することができ、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【０１０４】
さらに、シリカ系光ファイバ１２２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。この場合、ラマン増幅用励起光源が、２つの励起光源と、これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成されてもよい。
即ち、図７と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器１２４−１〜１２４−３用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
【０１０５】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、波長に依存した利得特性有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえたことになる。
【０１０６】
即ち、図７と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器１２４−１〜１２４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源（図示省略）とをそなえたことになる。
【０１０７】
また、従って、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する第一励起光源１２３−１，１２３−３とを有し、１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起するラマン増幅用励起光源とをそなえ、第１の励起光源１２３−１，１２３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
【０１０８】
そして、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する第１励起光源１２３−１，１２３−３とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起するラマン増幅用励起光源と、ラマン増幅用励起光源からの励起光をシリカ系光ファイバに入射する光分波合成器とをそなえてもよい。
【０１０９】
なお、シリカ系光ファイバ１２２とエルビウムドープファイバ１２１−２との間にアイソレータを設けるようにしてもよい。
また、シリカ系光ファイバ１２２のかわりに、分散補償ファイバを用いてもよい。
【０１１０】
（１１）第１１実施形態の説明
図３０は本発明の第１１実施形態を示すブロック図で、この図３０に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１１１，アイソレータ１１５−２，シリカ系光ファイバ１１２，偏光保持型光分波合波器１１４−２，アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されるとともに、光分波合波器１１４−２に、偏波合成型励起光源１１３−２が接続されている。
そこで、図３０に示す光ファイバ増幅器では、これらの希土類ドープファイバ光増幅器とラマン光増幅器とを用いて互いに補償して、より平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を得ることができるようにしているのであり、低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅器（０．９８μｍ帯励起あるいは１．４７μｍ帯励起によるエルビウムドープファイバ光増幅器など）を前段増幅部に用いるとともに、後段増幅部にシリカ系光ファイバからなるラマン光増幅器を用いて、これらを縦続的に接続することにより、光ファイバ増幅器が低雑音特性を有するより平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を有するようになっている。すなわち、ラマン増幅用励起光源１１３−１は、希土類ドープファイバ光増幅部１１１の前段に設けられるように構成することもできる。
即ち、ラマン光増幅器の雑音指数が希土類ドープファイバ光増幅器のものより大きい場合には、前段増幅部に希土類ドープファイバ光増幅器を用いるとともに、後段増幅部にラマン光増幅器を用いて、これらを縦続的に接続することにより、低雑音な光ファイバ増幅器を実現しているのである。
【０１１１】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１からなり、例えば０．９８μｍ帯域の励起光で光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１に結合されたシリカ系光ファイバ１１２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバ１１２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえたことになる。
【０１１２】
また、従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍの波長帯域の励起光で光信号を増幅する光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍの波長の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえ、励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることになる。
【０１１３】
ここで、励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域が０．９８μｍ帯域であり、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長が１．４５μｍ乃至１．４９μｍの波長帯域にある。
さらに、励起光源１１３−１は例えば０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源１１３−２は、２つの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂと、これらの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂからの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１１３−２Ｃとで構成されている。
【０１１４】
従って、ラマン増幅用励起光源１１３−２が、２つの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂと、これら２つの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂからの励起光について偏波合成する偏波合成器１１３−２Ｃとから構成されたことになる。そして、この場合も、励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂは共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
なお、光分波合波器１１４−１としては、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器１１４−２としては、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
【０１１５】
このような構成により、この図３０に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で信号光の増幅が行なわれる。
また、直交偏波合成された励起光が光分波合波器１１４−２によりシリカ系光ファイバ１１２の出力端から入射して、シリカ系光ファイバ１１２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
【０１１６】
このようにしても、前述の第９実施形態と同様の効果ないし利点が得られる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【０１１７】
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用するようにしてもよい。
すなわち、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第一励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍ帯域の励起光で光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえている。そして、第１の励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されてもよい。
【０１１８】
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第１励起光源１１３−１とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３―２と、ラマン増幅用励起光源１１３―２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光分波合成器１１４―２とをそなえてもよい。
【０１１９】
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１からなり、波長に依存した利得特性を有し、０．９８μｍ帯域内の励起光で光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１に結合されたシリカ系光ファイバ１１２を第２の波長帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１１２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源５３−２とをそなえて構成されてもよい。
また、ラマン光増幅器によって高い出力が得られない場合には、入力側の増幅部（前段増幅部）にシリカ系光ファイバ又は分散補償ファイバからなるラマン光増幅器を用いるとともに、出力側の増幅部（後段増幅部）にエルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅器を用いて、これらを縦列的に接続する。
特に、ラマン光増幅器用励起光源の励起波長を約１．４４μｍとすると、希土類ドープファイバ光増幅器における約１．５４μｍ近傍に生じる利得の窪みをラマン光増幅によって補償することができ、また、ラマン光増幅器用励起光源の励起波長を約１．４６μｍとすると、希土類ドープファイバ光増幅器における約１．５７μｍより長波長側で生じる利得の減少をラマン光増幅によって補償することができ、これにより、光ファイバ増幅器の更なる帯域特性の平坦化あるいは高帯域化が可能となる。
さらに、シリカ系光ファイバ又は分散補償ファイバを用いたラマン光増幅器の利得が生じはじめる励起光パワー（しきい値励起光パワー）を低減するため、モードフィールド径を小さくしたシリカ系光ファイバを用いるとともに、このモードフィールド径を小さくしたがゆえに大きくなった非線形効果の影響を低減するために、信号光パワーが小さい入力側の増幅部（前段増幅部）にシリカ系光ファイバからなるラマン光増幅器を用いるとともに、信号光パワーが大きい出力側の増幅部（後段増幅部）にエルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅器を用いて、これらを縦列的に接続することにより、光ファイバ増幅器が更に平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を有するようにすることもできる。
（１１−１）第１１実施形態の第１変形例の説明
図３１は本発明の第１１実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図３１に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１１１，アイソレータ１１５−２，シリカ系光ファイバ１１２，偏光保持型光分波合波器１１４−２，アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されるとともに、光分波合波器１１４−２に、無偏光偏波合成型励起光源１１３−２′が接続されている。
ここで、励起光源１１３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源１１３−２′は、１つの励起光源１１３−２Ａ′と、この励起光をデポラライズ（励起光を無偏光化する手段）するデポラライザ１１３−２Ｂ′とで構成されている。
【０１２０】
また、デポラライザ１１３−２Ｂ′は、シリカ系光ファイバ１１２からなるラマン光増幅器における偏光依存性を低減させるものであり、励起光源１１３−２Ａ′からの励起光を分波する偏波保持カプラ１１３−２Ｅ′と、偏波保持カプラ１１３−２Ｅ′で分波された励起光及び遅延線によって遅延させられた励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１１３−２Ｃ′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源１１３−２Ａ′は、例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【０１２１】
なお、光分波合波器１１４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器１１４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
このような構成により、この図３１に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で信号光の増幅が行なわれる。
【０１２２】
また、無偏光化された励起光が光分波合波器１１４−２によりシリカ系光ファイバ１１２の出力端から入射して、シリカ系光ファイバ１１２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
このようにすれば、シリカ系光ファイバ１１２における偏光依存性を低減しながら、前述の第１１実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【０１２３】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
すなわち、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第一励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍの波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の１．４７μｍの励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえている。
【０１２４】
そして、第１励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることになる。ここで、第１の励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域が０．９８μｍ帯域であり、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長が１．４５μｍ乃至１．４９μｍの波長帯域にある。
【０１２５】
すなわち、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第一励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえ、第１の励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用するようにしてもよい。
【０１２６】
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第１励起光源１１３−１とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３―２と、ラマン増幅用励起光源１１３―２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光分波合成器１１４―２とをそなえてもよい。
【０１２７】
（１１−２）第１１実施形態の第２変形例の説明
図３２は本発明の第１１実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図３２に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１１１，アイソレータ１１５−２，シリカ系光ファイバ１１２，偏光保持型光分波合波器１１４−２，アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されるとともに、光分波合波器１１４−２に、変調偏波合成型励起光源１１３−２′′が接続されている。
ここで、励起光源１１３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源１１３−２′′は、２つの励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′と、これらの励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１１３−２Ｃ′′と、各励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′に対して数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚの変調を施す変調器１１３−２Ｄ′′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′は共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【０１２８】
なお、光分波合波器１１４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器１１４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第１励起光源１１３−１とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３―２と、ラマン増幅用励起光源１１３―２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光分波合成器１１４―２とをそなえてもよい。
このような構成により、この図３２に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で増幅が行なわれる。
【０１２９】
また、変調されそのスペクトルが数百ｋＨｚ以上になっており、且つ直交偏波合成された励起光（この励起光のスペクトル線幅を広げることができる）が光分波合波器１１４−２によりシリカ系光ファイバ１１２の出力端から入射して、シリカ系光ファイバ１１２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
このようにすれば、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高め、有害な非線型効果を抑制しながら、前述の第１１実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【０１３０】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用するようにしてもよい。
【０１３１】
（１２）第１２実施形態の説明
図３５は本発明の第１２実施形態を示すブロック図で、この図３５に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部）６１，分散補償ファイバ６２（光ファイバ減衰部），アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４に、励起光源６３が接続されている。
ここで、励起光源６３は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【０１３２】
また、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
例えば、エルビウムドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に、１．５３〜１．５７μｍの自然放出光（ＡＳＥ）が発生するが、このＡＳＥはエルビウムドープファイバ光増幅器内の反射点で反射を繰り返すため、不要な発振が生じることがある。特に、多波長一括増幅用に調整されたエルビウムドープファイバ光増幅器（即ち、励起率が高いエルビウムドープファイバ光増幅器）では、１．５３μｍ付近の利得が高いため、この波長で不要な発振が生じやすく、このように不要な発振が生じた場合には、エルビウムドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
このような不安定動作を抑制するためには、信号光を損失（減衰）させる媒体（これを損失媒体という）を設けることが有効である（この原理については後述する）。
【０１３３】
図３５に示すような光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバ６１を介して入射された残留励起光により分散補償ファイバ６２を励起して、この分散補償ファイバ６２での信号光の損失（減衰）を補償するようになっているが、実際には、全ての損失を補償することは困難であり、ある程度の損失が残るため、分散補償ファイバ６２が損失媒体として機能することとなる。
ここで、損失媒体を設けることによる不安定動作の抑制の原理を説明する。
【０１３４】
一般に、エルビウムドープファイバの利得をＧとし、エルビウムドープファイバの両端（前端および後端）での反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２（ここで、反射率Ｒ１はエルビウムドープファイバの前端より前段にある全ての部品からの反射の反射率であり、反射率Ｒ２はエルビウムドープファイバの後端より後段にある全ての部品からの反射の反射率である）としてＲ１とＲ２の幾何平均をＲ〔Ｒ＝（Ｒ１Ｒ２）^1/2〕とすると、ＧＲをエルビウムドープファイバの動作の安定度の目安とすることができる。ＧＲが大きいとエルビウムドープファイバは不安定に動作し、特に、ＧＲが１以上のときエルビウムドープファイバでは発振が生じる。このため、ＧＲが小さくなるようにする必要があり、具体的には、ＧＲは０．０２以下が目安となる。
図３５に示すように、エルビウムドープファイバ６１（このエルビウムドープファイバ６１の利得をＧとする）の後段（信号光の出力側）に、分散補償ファイバ６２〔この分散補償ファイバ６２の損失をη（０≦η≦１）とする〕を、例えば融着接続することにより設けると、エルビウムドープファイバ６１と分散補償ファイバ６２との間に境界Ａが生じる。
このときは、図３５に示すように、エルビウムドープファイバ６１の後端での反射率をＲ１，分散補償ファイバ６２の前端での反射率をＲ２（ここで、反射率Ｒ１はエルビウムドープファイバ６１の前端より前段にある全ての部品からの反射の反射率であり、反射率Ｒ２は分散補償ファイバ６２の後端より後段にある全ての部品からの反射の反射率である）とする。また、エルビウムドープファイバ６１と分散補償ファイバ６２との境界Ａでの屈折率差によって生じる反射の反射率をＲＡ（ＲＡ≪Ｒ１，Ｒ２；損失媒体が光ファイバであればこの条件を満たす）とすると、エルビウムドープファイバの動作の安定度を示すパラメータは、ＧＲから（Ｇη）Ｒとなる。即ち、ＧＲは光が一巡するときの片道の利得と考えられ、損失媒体を設けたときには、光が一巡するときの正味の利得は、（Ｒ１×Ｇ×η）×（Ｒ２×η×Ｇ）＝（Ｇη）²Ｒ１Ｒ２となるため、片道での正味の利得は、Ｇη（Ｒ１Ｒ２）^1/2＝（Ｇη）Ｒとなる。なお、ＲＡ≪Ｒ１，Ｒ２であるため、反射率ＲＡの影響は無視することができるものとする。ここで、０≦η≦１であるため、等価的にＧＲが小さくなる。
このように、損失媒体を設けることにより、エルビウムドープファイバの動作の安定度を示すパラメータＧＲが小さくなるため、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制することができる。
【０１３５】
本実施形態にかかる光ファイバ増幅器では、図３５に示すように、分散補償ファイバ６２をエルビウムドープファイバ６１の後段に設けて、この分散補償ファイバ６２を、エルビウムドープファイバ６１からの残留励起光を用いて励起することにより、この分散補償ファイバ６２の損失補償（エルビウムドープファイバ６１の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ６１の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制するようになっている。
このような構成により、この図３５に示す光ファイバ増幅器では、励起光および信号光を光分波合波器６４によりエルビウムドープファイバ６１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ６１を励起させ、信号光を増幅させるが、エルビウムドープファイバ６１の他端へは残留励起光が到達する。その後は、この残留励起光を分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
このようにエルビウムドープファイバ，分散補償ファイバに共通の励起光源を用いて、両ファイバでの増幅が行なえるのは次のとおりである。
【０１３６】
即ち、１．５５μｍ帯の信号光をラマン増幅する際の励起波長帯はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）の励起波長帯である１．４７μｍ帯（１．４５〜１．４９μｍ）であるからであり、従って、ＥＤＦを１．４７μｍ帯の光で励起した際の残留励起光パワーを用いて、ラマン増幅を行なうことができるのである。これにより、エルビウムドープファイバ６１で光増幅を行ないながら、分散補償ファイバ６２の損失を補償できるのである。
これにより、前述の第７実施形態と同様に、エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性の凹凸を平坦化して、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅を行なう場合等に好適となるほか、励起光源が１つで済むので、構造の簡素化及びコストの低廉化にも寄与しうるのである。
【０１３７】
また、この光ファイバ増幅器では、分散補償ファイバ６２の損失分によって、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源６３が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、分散補償ファイバ６２はラマン増幅を行なわず、従って、分散補償ファイバ６２の損失補償は行なわれない。
【０１３８】
また、分散補償ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
従って、上述したような分散補償ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、分散補償ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、分散補償ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
【０１３９】
例えば図３５においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ６１と分散補償ファイバ６２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
さらに、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
また、励起光源６３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
【０１４０】
（１２−１）第１２実施形態の第１変形例の説明
図３６は本発明の第１２実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図３６に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部）１１１，シリカ系光ファイバ１１２（光ファイバ減衰部），アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されている。
また、励起光源１１３−１は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を出力するものであり、光分波合波器１１４−１としては、例えば融着型のものが使用されている。
【０１４１】
前述の第１２実施形態において説明したように、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器は不安定に動作する。
そこで、図３６に示す光ファイバ増幅器においても、図３５に示す光ファイバ増幅器における場合と同様に、この希土類ドープファイバ光増幅器としてのエルビウムドープファイバ１１１の後段に、損失媒体としてのシリカ系光ファイバ１１２を設けることにより、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するようになっている。なお、図３６においても、Ｒ１，Ｒ２，ＲＡは反射率，Ａは境界を示す。
前述した第１１実施形態と同様に、図３６に示す光ファイバ増幅器でも、シリカ系光ファイバ１１２をエルビウムドープファイバ１１１の後段に設けて、このシリカ系光ファイバ１１２を、エルビウムドープファイバ１１１からの残留励起光で励起することにより、このシリカ系光ファイバ１１２の損失補償（エルビウムドープファイバ１１１の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ１１１の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するようになっている。
【０１４２】
従って、本実施形態の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１からなり、波長に依存した利得特性を有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１に結合されたシリカ系光ファイバ１１２を第２の波長帯域の励起光で励起して、エルビウムドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１１２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１１３−１とをそなえたことになる。
このような構成により、この図３６に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は、光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端へ信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で信号光の増幅が行なわれる。
また、このとき生じる残留励起光を用いて、シリカ系光ファイバ１１２を励起させることにより、分散補償ファイバと同様にラマン増幅を行ない、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
【０１４３】
このように、図３６に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯域の励起光源１１３−１を用いることにより、エルビウムドープファイバ１１１及びシリカ系光ファイバ１１２のいずれをも励起することができ、これにより、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
また、この光ファイバ増幅器では、シリカ系光ファイバ１１２の損失分によって、エルビウムドープファイバ１１１により生じた不要な発振を除去することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源１１３−１が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、シリカ系光ファイバ１１２はラマン増幅を行なわず、従って、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償は行なわれない。
また、シリカ系光ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
【０１４４】
従って、上述したようなシリカ系光ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、シリカ系光ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、シリカ系光ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
例えば図３６においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ１１１とシリカ系光ファイバ１１２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
【０１４５】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
（１２−２）第１２実施形態の第２変形例の説明
図３７は本発明の第１２実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図３７に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された前段光増幅部）６１−１，分散補償ファイバ６２（光ファイバ減衰部），エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された後段光増幅部）６１−２，光分波合波器６４−２，アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４−１に、励起光源６３−１が接続されるとともに、光分波合波器６４−２に、励起光源６３−２が接続されている。
ここで、励起光源６３−１，６３−２は、共に例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【０１４６】
前述の第１２実施形態において説明したように、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
図３５に示す第１２実施形態にかかる光ファイバ増幅器においては、この希土類ドープファイバ光増幅器としてのエルビウムドープファイバ６１の後段に、損失媒体としての分散補償ファイバ６２を設けることにより、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制するようになっている。
【０１４７】
ところが、エルビウムドープファイバ６１の利得Ｇが非常に大きい場合は、反射率Ｒ１，利得Ｇおよび反射率ＲＡで構成されるＧＲパラメータが大きくなるため（エルビウムドープファイバ６１の利得Ｇが非常に大きいため、ＲＡ≪Ｒ１，Ｒ２であるにもかかわらずこの反射率ＲＡの影響が無視できなくなる）、その後段に分散補償ファイバ６２を設けても、その損失ηの効果が現れず、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制することができないことがある。
そこで、このような場合でもエルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制するために、このエルビウムドープファイバ６１を分割して前後段のエルビウムドープファイバとして、これらの間に分散補償ファイバ６２を配設したものが、図３７に示す光ファイバ増幅器である。
【０１４８】
このときの不安定動作の抑制の原理を図３７を参照しながら説明する。
図３７に示すように、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２（エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の利得をそれぞれＧ／２とする）の間に、分散補償ファイバ６２〔この分散補償ファイバ６２の損失をη（０≦η≦１）とする〕を、例えば融着接続することにより配設すると、エルビウムドープファイバ６１−１と分散補償ファイバ６２との間に境界Ａ′が生じ、分散補償ファイバ６２とエルビウムドープファイバ６１−２との間に境界Ｂ′が生じる。
また、エルビウムドープファイバ６１−１の前端での反射率をＲ１′，エルビウムドープファイバ６１−２の後端での反射率をＲ２′，境界Ａ′での反射率をＲＡ′（ＲＡ′≪Ｒ１′，Ｒ２′），境界Ｂ′での反射率をＲＢ′（ＲＢ′≪Ｒ１′，Ｒ２′）とする。ここで、反射率Ｒ１′はエルビウムドープファイバ６１−１の前端より前段にある全ての部品からの反射の反射率であり、反射率Ｒ２′はエルビウムドープファイバ６１−２の後端より後段にある全ての部品からの反射の反射率である。また、反射率ＲＡ′は境界Ａ′での屈折率差によって生じる反射の反射率であり、反射率ＲＢ′は境界Ｂ′での屈折率差によって生じる反射の反射率である。
このとき考えられるＧＲパラメータとしては、（１）反射率Ｒ１′，エルビウムドープファイバ６１−１の利得Ｇ／２および反射率ＲＡ′で構成されるＧＲパラメータ，（２）反射率Ｒ１′，エルビウムドープファイバ６１−１の利得Ｇ／２，損失ηおよび反射率ＲＢ′で構成されるＧＲパラメータ，（３）反射率Ｒ１′，エルビウムドープファイバ６１−１の利得Ｇ／２，損失η，エルビウムドープファイバ６１−２の利得Ｇ／２および反射率Ｒ２′で構成されるＧＲパラメータ，（４）反射率ＲＡ′，損失η，エルビウムドープファイバ６１−２の利得Ｇ／２および反射率Ｒ２′で構成されるＧＲパラメータ，（５）反射率ＲＢ′，エルビウムドープファイバ６１−２の利得Ｇ／２および反射率Ｒ２′で構成されるＧＲパラメータがある。
ここで、（１）についてみると、図３５に示すエルビウムドープファイバ６１ではその利得がＧであるためＧＲ＝Ｇ（Ｒ１ＲＡ）^1/2であるのに対して、図３７に示すエルビウムドープファイバ６１−１ではその利得はＧ／２と図３５に示すエルビウムドープファイバ６１の利得Ｇの半分になっているため、ＧＲ＝（Ｇ／２）（Ｒ１ＲＡ）^1/2となり（ＲＡ′＝ＲＡ）、図３５に示すエルビウムドープファイバ６１のＧＲの半分となる。
（２）についてみてみると、エルビウムドープファイバ６１−１では、その後段に損失η（０≦η≦１）があるため、第１２実施形態の場合と同様に、光が一巡するときの正味の利得は、〔Ｒ１′×（Ｇ／２）×η〕×〔ＲＢ′×η×（Ｇ／２）〕＝〔（Ｇ／２）η〕²Ｒ１′ＲＢ′となるため、片道での正味の利得は、（Ｇ／２）η（Ｒ１′ＲＢ′）²となる。ここで、０≦η≦１であり、ＲＢ′＝ＲＢであるため、等価的にＧＲが小さくなる。また、ＲＡ′≒ＲＢ′であるため、（１）の場合よりも更にＧＲパラメータが小さくなり、このときのＧＲは無視することができる。
（３）についてみてみると、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の間に損失η（０≦η≦１）があるため、第１２実施形態の場合と同様に、光が一巡するときの正味の利得は、〔Ｒ１′×（Ｇ／２）×η〕×〔Ｒ２′×η×（Ｇ／２）〕＝〔（Ｇ／２）η〕²Ｒ１′Ｒ２′となるため、片道での正味の利得は、（Ｇ／２）η（Ｒ１′Ｒ２′）^1/2＝〔（Ｇ／２）η〕Ｒとなり、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の動作の安定度を示すパラメータは、（Ｇ／２）Ｒから〔（Ｇ／２）η〕Ｒとなる。なお、ＲＡ′≪Ｒ１′，Ｒ２′且つ、ＲＢ′≪Ｒ１′，Ｒ２′であるため、反射率ＲＡ′および反射率ＲＢ′の影響は無視することができるものとする。ここで、０≦η≦１であるため、等価的にＧＲが小さくなる。
なお、（４），（５）については、それぞれ（２），（１）についての場合と同様である。
【０１４９】
従って、図３５に示すエルビウムドープファイバ６１の利得Ｇが非常に大きい場合においては、Ｒ１，Ｇ，ＲＡのＧＲパラメータが大きいため、エルビウムドープファイバ６１が不安定に動作するのであるが、エルビウムドープファイバ６１を分割して、図３７に示すような前後段のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２として、これらの間に損失媒体としての分散補償ファイバ６２を配設することにより、（１）および（５）についてＧＲパラメータを小さくすることができ、これによりエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の不安定動作を抑制することができる。
このため、図３７に示す光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の間に分散補償ファイバ６２を配設して、この分散補償ファイバ６２を、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光で励起することにより、この分散補償ファイバ６２の損失補償（エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の不安定動作を抑制するようになっている。
このような構成により、この図３７に示す光ファイバ増幅器では、励起光および信号光を光分波合波器６４−１によりエルビウムドープファイバ６１−１の入力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−１を励起させ、信号光を増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−１の他端へは残留励起光が到達する。この残留励起光を分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
また、励起光を光分波合波器６４−２によりエルビウムドープファイバ６１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−２を励起させ、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端から入力された信号光を増幅させることも行なわれるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端へはやはり残留励起光が到達する。この残留励起光も分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
この場合は、分散補償ファイバ６２は前後のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ６２による補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
【０１５０】
また、この光ファイバ増幅器では、分散補償ファイバ６２の損失分によって、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２により生じた不要な発振を除去することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、ノイズの少ない状態で安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源６３−１，６３−２が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、分散補償ファイバ６２はラマン増幅を行なわず、従って、分散補償ファイバ６２の損失補償は行なわれない。
【０１５１】
また、分散補償ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
従って、上述したような分散補償ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、分散補償ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、分散補償ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
【０１５２】
例えば図３７においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ６１−１と分散補償ファイバ６２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
さらに、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
また、分散補償ファイバ６２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。即ち、図８と同様の要領で、励起光源１３３−１〜１３３−３及び光分波合波器１３４−１〜１３４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
【０１５３】
さらに、分散補償ファイバ６２のかわりに、シリカ系光ファイバを用いてもよい。
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１からなり、例えば０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源６３−１，６３−２とをそなえてもよい。
【０１５４】
また、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を励起する励起光を出力する第一励起光源６３−１，６３−２とを有し、１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源６３−２とをそなえ、第１の励起光源６３−１，６３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源６３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されてもよい。
【０１５５】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からなり、波長に依存した利得特性を有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２に結合されたシリカ系光ファイバを第２の波長帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえてもよい。
（１２−３）第１２実施形態の第３変形例の説明
図３８は本発明の第１２実施形態の第３変形例を示すブロック図で、この図３８に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１２５−１，光分波合波器１２４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された前段光増幅部）１２１−１，シリカ系光ファイバ１２２（光ファイバ減衰部），エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された後段光増部）１２１−２，光分波合波器１２４−３，アイソレータ１２５−３が配設されている。そして、光分波合波器１２４−１，１２４−３に、例えば１．４７μ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源１２３−１，１２３−３が接続されている。
前述の第１２実施形態において説明したように、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
【０１５６】
図３６に示す光ファイバ増幅器においては、この希土類ドープファイバ光増幅器としてのエルビウムドープファイバ１１１の後段に、損失媒体としてのシリカ系光ファイバ１１２を設けることにより、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するようになっている。
ところが、エルビウムドープファイバ１１１の利得Ｇが非常に大きい場合は、図３５に示す光ファイバ増幅器の場合と同様にＧＲパラメータが大きくなるため、その後段にシリカ系光ファイバ１２２を設けても、その損失ηの効果が現れず、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制することができない。
【０１５７】
そこで、このような場合でもエルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するために、このエルビウムドープファイバ１１１を分割して前後段のエルビウムドープファイバとして、これらの間にシリカ系光ファイバ１２２を配設したものが、図３８に示す光ファイバ増幅器である。なお、このときの不安定動作の抑制の原理は、第１２実施形態の第２変形例で説明したものと同様であり、図３８においても、Ｒ１′，Ｒ２′，ＲＡ′，ＲＢ′は反射率，Ａ′，Ｂ′は境界を示す。
このため、図３８に示す光ファイバ増幅器では、シリカ系光ファイバ１２２を中段に設けて、このシリカ系光ファイバ１２２を、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からの残留励起光で励起することにより、このシリカ系光ファイバ１２２の損失補償（エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２の不安定動作を抑制するようになっている。
【０１５８】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、例えば０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１２３−３とをそなえたことになる。また、ラマン増幅用励起光源１２３−１が、エルビウムドープファイバ光増幅部１２１−１の前段に設けられるように構成することもできる。
【０１５９】
さらに、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する励起光源１２３−１，１２３−３とを有し、１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起するラマン増幅用励起光源１２３−２とをそなえ、第１の励起光源１２３−１，１２３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１２３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
【０１６０】
この場合、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を有し、１．４７μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅され、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１２３−３とを有するように構成されたことになる。
このような構成により、この図３８に示す光ファイバ増幅器では、励起光および信号光を光分波合波器１２４−１によりエルビウムドープファイバ１２１−１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−１を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、分散補償ファイバと同様に、ラマン増幅させる。
さらに、励起光を光分波合波器１２４−３によりエルビウムドープファイバ１２１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−２を励起させ、エルビウムドープファイバ１２１−２の入力端から入力された信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。
このように、図３８に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯の励起光源１２３−１，１２３−３を用いることにより、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２及びシリカ系光ファイバ１２２のいずれをも励起することができ、これにより、図８に示す光ファイバ増幅器における励起光源１２３−２を削減することができ、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
また、この光ファイバ増幅器では、シリカ系光ファイバ１２２の損失分によって、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２により生じた不要な発振を除去することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、ノイズの少ない状態で安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源１２３−１，１２３−３が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、シリカ系光ファイバ１２２はラマン増幅を行なわず、従って、シリカ系光ファイバ１２２の損失補償は行なわれない。
また、シリカ系光ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
【０１６１】
従って、上述したようなシリカ系光ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、シリカ系光ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、シリカ系光ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
例えば図３８においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ１２１−１とシリカ系光ファイバ１２２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
【０１６２】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
さらに、シリカ系光ファイバ１２２とエルビウムドープファイバ１２１−２との間にアイソレータを設けるようにしてもよい。
また、シリカ系光ファイバ１２２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。即ち、図８と同様の要領で、励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器１２４−１〜１２４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
【０１６３】
さらに、シリカ系光ファイバ１２２のかわりに、分散補償ファイバを用いてもよい。
また、光ファイバ増幅器が、希土類ドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部と、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部（ラマン光増幅部は、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバで構成される。以下同じ）とが、縦列的に配設されて構成されることにより、励起光パワーを高効率に利用した２段構成の光ファイバ増幅器を提供しうる利点がある。
【０１６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光ファイバ増幅器によれば、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえているので、このラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償（エルビウムドープファイバの利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバの利得の減少の補填補償を含む。）を行なうことができる（請求項１〜１８）。
さらに、これらの希土類ドープファイバ光増幅部及びラマン光増幅部を励起するための励起光を供給する共通の励起光源が設けられることにより、励起光パワーを高効率に利用することができるとともに、使用する励起光源の数を減らして構成の簡素化およびコストの低廉化に寄与しうる。
【０１６５】
また、本発明の光ファイバ増幅器によれば、前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ（エルビウムドープファイバは、低雑音指数を有してもよい。以下同じ）及び分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバをそなえ、エルビウムドープファイバのための第１の波長帯域の励起光を生じる第１励起光源と、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバのための第２の波長帯域の励起光を生じる第２励起光源とをそなえ、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバを第２励起光源からの第２の波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成しているので、エルビウムドープファイバによる光増幅を行ないながら、ラマン増幅による分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバの損失補償を行なうことができる。
さらに、希土類ドープファイバがエルビウムドープファイバで構成されるとともに、第１励起光源で生じる励起光の波長帯域が０．９８μｍ帯域であり、第２励起光源で生じる励起光の波長帯域が１．４７μｍ帯域であることにより、より効果的にエルビウムドープファイバによる光増幅を行ないながら、ラマン増幅による分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバの損失補償を行なうことができる。
また、希土類ドープファイバ及び分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバに共通の励起光源を設けることもでき、このようにすれば、使用する励起光源の数を減らして構成の簡素化およびコストの低廉化に寄与しうる。
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバを１．４７μｍ帯域で励起する際に生じる残留励起パワーを利用して、分散補償ファイバをラマン増幅したり、分散補償ファイバを１．４７μｍ帯で励起する際に生じる残留励起パワーを利用して、エルビウムドープファイバを励起したするように構成しているので、分散補償ファイバの損失を低減することができる。更には、分散補償ファイバを〜１．４４μｍあるいは１．４７μｍ帯でラマン増幅させることにより、エルビウムドープファイバの増幅帯域を補い、更により広帯域化もしくは平坦化を推進できる利点がある。
また、本発明の光ファイバ増幅器では、分散補償ファイバに希土類元素をドープしたものを使用することにより、分散補償を行なうと同時に、分散補償ファイバの損失を低減するほか、信号光を十分に光増幅しうる分散補償機能付き光ファイバ増幅器を提供しうる利点がある。
【０１６６】
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、１．４７μｍ帯の励起光が分散補償ファイバに入力されるのを阻止する光フィルタを設けているので、１．４７μｍ帯の漏れ励起光パワーが分散補償ファイバをラマン増幅することにより、光ファイバ増幅器に不安定動作もしくは増幅帯域の波長依存性を変化させないようにすることができる。
また、本発明の光ファイバ増幅器では、低雑音指数を有する第１エルビウムドープファイバを前段に、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバを中段に、第２エルビウムドープファイバを後段にそれぞれそなえているので、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバは、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバの前後に位置する第１及び第２エルビウムドープファイバからの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバによる補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
さらに、ラマン増幅部を励起するための励起光源を、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成することもでき、このようにすれば、分散補償ファイバで効果的にラマン増幅を生じさせて、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なうことができる。
また、ラマン増幅部を励起するための励起光源を、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成してもよく、このようにすれば、分散補償ファイバからなるラマン光増幅器における偏光依存性を低減することができる。
【０１６７】
さらに、ラマン増幅部を励起するための励起光源からの光に変調を施してスペクトルを数百ｋＨｚ以上に広げた励起光を発生するように構成してもよく、このようにすれば、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高め、有害な非線型効果を抑制しながら、分散補償ファイバで効果的にラマン増幅を生じさせて、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なうことができる。
また、本発明では、分散補償ファイバを励起してラマン増幅を生じさせるようにしたモジュールを使用して光ファイバ増幅器を構成しているので、分散補償ファイバの損失を低減できる利点がある。
そして、この場合においても、入出力部に光サーキュレータを設ければ、使用するアイソレータの数を減らして、コストの低減に寄与することができる。
【０１６８】
また、本発明の光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部と、希土類ドープファイバ光増幅部の不安定動作を抑制すべく光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部とをそなえているので、希土類ドープファイバ光増幅部の不安定動作を抑制して、精度の高い光増幅を行なうことができる。
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部としてそれぞれ構成された前段光増幅部及び後段光増幅部を有する光増幅ユニットと、光増幅ユニットにおける前段光増幅部と後段光増幅部との間に配設され、光増幅ユニットの不安定動作を抑制すべく光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部とをそなえているので、光増幅ユニットの不安定動作を抑制して、精度の高い光増幅を行なうことができる。
また、光ファイバ減衰部が、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部を兼用するようにすれば、光ファイバ減衰部の損失補償を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様を示す原理ブロック図である。
【図２】本発明の第２の態様を示す原理ブロック図である。
【図３】本発明の第３の態様を示す原理ブロック図である。
【図４】本発明の第４の態様を示す原理ブロック図である。
【図５】本発明の第５の態様を示す原理ブロック図である。
【図６】（ａ）は本発明の第６の態様を示す原理ブロック図であり、（ｂ）は本発明の第７の態様を示す原理ブロック図である。
【図７】本発明の第８の態様を示す原理ブロック図である。
【図８】本発明の第９の態様を示す原理ブロック図である。
【図９】（ａ）は本発明の第１０の態様を示す原理ブロック図であり、（ｂ）は本発明の第１１の態様を示す原理ブロック図である。
【図１０】本発明の第１２の態様を示す原理ブロック図である。
【図１１】本発明の第１３の態様を示す原理ブロック図である。
【図１２】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第５実施形態を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第６実施形態を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第７実施形態を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第８実施形態を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第９実施形態を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第９実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第９実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図２６】光ファイバ増幅器の波長特性を説明する図である。
【図２７】光ファイバ増幅器の波長特性を説明する図である。
【図２８】本発明の第１０実施形態を示すブロック図である。
【図２９】本発明の第１０実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図３０】本発明の第１１実施形態を示すブロック図である。
【図３１】本発明の第１１実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図３２】本発明の第１１実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図３３】光サーキュレータの構成を示す図である。
【図３４】アイソレータの構成を示す図である。
【図３５】本発明の第１２実施形態を示すブロック図である。
【図３６】本発明の第１２実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図３７】本発明の第１２実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図３８】本発明の第１２実施形態の第３変形例を示すブロック図である。
【図３９】本発明の光サーキュレータを用いた実施形態の第１の例を示すブロック図である。
【図４０】本発明の光サーキュレータを用いた実施形態の第２の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１−１，１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
２，２−１，２−２ 励起光源
３−１〜３−５ 光分波合波器（光カプラ）
４ 反射鏡（反射手段）
５，５−１〜５−４ アイソレータ（光アイソレータ）
１１−１，１１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
１２，１２−１，１２−２ 励起光源
１３−１〜１３−４，１３−１′，１３−２′ 光分波合波器（光カプラ）
１３−５ カプラ
１４ 反射鏡
１５，１５−２ 光サーキュレータ
１６−１〜１６−３ アイソレータ
１７，１７−２ フィルタ
１８ 出力光検出器
１８Ａ フォトダイオード
１９ 光出力一定制御器
１９Ａ 差動増幅器
２１−１，２１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
２２ 励起光源
２３ 光分岐部
２４−１〜２４−４，２４−１′〜２４−４′ 光分波合波器（光カプラ）
２５−１〜２５−４ アイソレータ
２６ 光フィルタ
３１，３１−１，３１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
３２ 励起光源
３３，３３′ 光サーキュレータ
３４−１，３４−２，３４−１′，３４−２′，３４−１′′，３４−２′′
光分波合波器（光カプラ）
３５，３５′，３５′′ 反射鏡
３６ 残留励起光検出器
３６Ａ フォトダイオード
３７ 制御器
３７Ａ 差動増幅器
３８ 光サーキュレータ
３９−１〜３９−３ アイソレータ
４０ 光フィルタ
５１ エルビウムドープファイバ
５２ 分散補償ファイバ
５３−１，５３−２，５３−２Ａ，５３−２Ｂ，５３−２′，５３−２Ａ′，５３−２′′，５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′ 励起光源
５３−２Ｂ′ デポラライザ
５３−２Ｃ，５３−２Ｃ′，５３−２Ｃ′′ 偏波合成器
５３−２Ｄ′′ 変調器
５３−２Ｅ′偏波保持カプラ
５４−１，５４−２ 光分波合波器（光カプラ）
５５−１〜５５−３ アイソレータ
６１，６１−１，６１−２ エルビウムドープファイバ
６２ 分散補償ファイバ
６３，６３−１，６３−２ 励起光源
６４，６４−１〜６４−５ 光分波合波器（光カプラ）
６５−１〜６５−４ アイソレータ
６６ 光フィルタ
７１ エルビウムドープファイバ
７２ 分散補償ファイバ
７３ 励起光源
７４ 光分波合波器（光カプラ）
７５−１，７５−２ アイソレータ
８１ 希土類ドープ分散補償ファイバ
８２ 励起光源
８３ 光分波合波器（光カプラ）
８４−１，８４−２ アイソレータ
９１ エルビウムドープファイバ
９２ 分散補償ファイバ
９３ 励起光源
９４ 光分波合波器（光カプラ）
９５ 光フィルタ
９６−１，９６−２ アイソレータ
１０１ シリカ系光ファイバ
１０２ エルビウムドープファイバ
１０３−１，１０３−２ 励起光源
１０４−１，１０４−２ 光分波合波器（光カプラ）
１１１ エルビウムドープファイバ
１１２ シリカ系光ファイバ
１１３−１，１１３−２，１１３−２Ａ，１１３−２Ｂ，１１３−２′，１１３−２Ａ′，１１３−２′′，１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′ 励起光源
１１３−２Ｂ′ デポラライザ
１１３−２Ｃ，１１３−２Ｃ′，１１３−２Ｃ′′ 偏波合成器
１１３−２Ｄ′′ 変調器
１１３−２Ｅ′偏波保持カプラ
１１４−１，１１４−２ 光分波合波器（光カプラ）
１１５−１〜１１５−３ アイソレータ
１２１−１，１２１−２ エルビウムドープファイバ
１２２ シリカ系光ファイバ
１２３−１〜１２３−３，１２３−１′，１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′，１２３−３′，１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′ 励起光源
１２３−１Ｃ′，１２３−３Ｃ′ 偏波合成器
１２４−１〜１２４−３ 光分波合波器（光カプラ）
１２５−１〜１２５−３ アイソレータ
１２６ 光フィルタ
１３１−１，１３１−２ エルビウムドープファイバ
１３２ 分散補償ファイバ
１３３−１〜１３３−３ 励起光源
１３４−１〜１３４−３ 光分波合波器（光カプラ）
１４１ 分散補償ファイバ
１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ 励起光源
１４２Ｃ 偏波合成器
１４３ 光分波合波器（光カプラ）
１４４，１４４−１，１４４−２ アイソレータ
１５１ シリカ系光ファイバ
１５２ 励起光源
１５３ 光分波合波器（光カプラ）
１５４ 希土類ドープファイバ光増幅部
１５５ 光ファイバ減衰部
１５６−１ 前段光増幅部
１５６−２ 後段光増幅部
１５７ 光ファイバ減衰部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber amplifier and an optical signal amplification method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development of optical communication systems have been energetically promoted, but optical amplification using a rare earth doped fiber such as an erbium (Er) doped fiber (hereinafter, erbium doped fiber may be referred to as “EDF”). The importance of technology-based booster amplifiers, repeaters, or preamplifiers has become clear.
[0003]
In addition, with the advent of optical amplifiers, transmission systems that amplify optical amplifiers in multiple relays are attracting attention as they play a very important role in promoting the economics of communication systems in the multimedia society.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, problems in such a transmission system include dispersion compensation, reduction of non-linear effects (those that adversely affect transmission quality) in an optical fiber as a transmission path, and economical broadband wavelength division multiplexing transmission.
In general, an optical fiber that is a transmission line has dispersion characteristics, and the amount of dispersion accumulates in proportion to the length of the fiber. Conventionally, there is no optical amplification repeater, etc. The amount of distribution was reset each time it was relayed, and there was no problem.
[0005]
However, since optical amplification repeater is a kind of repeater based on analog amplification, the dispersion amount is accumulated. For this, the signal wavelength may be set to zero dispersion wavelength and transmitted. However, this has the following problems.
(1-1) A large amount of optical fibers have already been laid, and the zero-dispersion wavelength of the optical fibers is unfortunately 1.3 μm. On the other hand, in an optical amplifier that is expected to be put to practical use, the 1.55 μm band is used. Only the signal can be amplified.
[0006]
(1-2) Recently, even if a new optical fiber with a zero dispersion wavelength of 1.55 μm is laid and transmitted with a signal of 1.55 μm, the nonlinear effect in the optical fiber is active. It became clear that this would occur. This means that an undesirable nonlinear effect becomes significant when the signal wavelength is made to coincide with the zero dispersion wavelength.
[0007]
(1-3) In particular, in wavelength division multiplexing, since there are a plurality of different signal light wavelengths, the concept of matching the zero dispersion wavelength cannot be applied.
Therefore, recently, it has been proposed to intentionally shift the signal wavelength from the zero-dispersion wavelength intentionally, for example, to compensate the dispersion for each relay.
As described above, research on dispersion compensators has been actively carried out in recent years, but the one closest to practical use is a dispersion compensating fiber (hereinafter referred to as “DCF”). This is an abbreviation for Dispersion Compensation Fiber.) In this case, there are the following problems.
[0008]
(2-1) When using an existing fiber (transmission line), it is necessary to interpose a dispersion compensating fiber as a device in order to perform dispersion compensation intensively at a relay point that already exists. For this reason, research and development have been conducted to shorten the length of the dispersion compensating fiber.
(2-2) When a new fiber is laid, it is also conceivable that the dispersion compensating fiber is laid as a part of the transmission line instead of interposing the dispersion compensating fiber as a device. For example, it is conceivable to construct a 40 km transmission line with a 20 km fiber and a 20 km dispersion compensating fiber. The research and development of such a new dispersion compensating fiber has the dispersion used in the application (2-1) above. When combined with research and development of compensation fiber, it becomes a double development.
[0009]
That is, in summary, in WDM transmission, it is necessary to compensate for chromatic dispersion, and since it is most practical to use a dispersion compensating fiber, a method using a dispersion compensating fiber is an effective method. In addition, it can be said that the dispersion compensating fiber has been studied as a single component in the optical amplifying repeater, but in general, the mode field diameter of the dispersion compensating fiber (DCF) compensates for the dispersion. Therefore, a small non-linear effect is likely to occur, and the loss increases as the amount of dispersion to be compensated increases.
[0010]
For this purpose, a method of compensating for the loss of the dispersion compensating fiber with an optical amplifier is conceivable. However, self-phase modulation (SPM) or cross-phase modulation (XPM) occurring in the dispersion compensating fiber is conceivable. ), It is necessary to compensate for the loss so as not to be affected by the nonlinear effect that deteriorates the signal quality, and there is a problem that it is difficult to design a level diagram. Furthermore, a WDM optical amplifier is required to have a flat and wide optical amplification band, but the rare earth doped fiber optical amplifier also has a wavelength dependency of gain, and it is difficult to realize a flat and wide amplification band. There is also a problem that there is.
[0011]
Moreover, in rare earth doped fiber optical amplifiers with high gain, unnecessary oscillation may occur when performing optical amplification. If such unnecessary oscillation occurs, the rare earth doped fiber optical amplifier operates in an unstable manner. Will do.
For example, in an erbium-doped fiber optical amplifier, spontaneous emission light (ASE) of 1.53 to 1.57 μm is generated during optical amplification, and this ASE is reflected at a reflection point in the erbium-doped fiber optical amplifier. Since it repeats, unnecessary oscillation may occur. In particular, an erbium-doped fiber optical amplifier adjusted for multi-wavelength amplification (that is, an erbium-doped fiber optical amplifier with a high pumping rate) has a high gain near 1.53 μm, so unnecessary oscillation occurs at this wavelength. If an unnecessary oscillation occurs, the erbium-doped fiber optical amplifier operates in an unstable manner.
[0012]
The present invention has been devised in view of such problems. When a dispersion compensating fiber is used, the fact that the mode field diameter of the dispersion compensating fiber is small reduces the Raman amplification threshold. An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier and an optical signal amplification method capable of compensating for loss of a dispersion compensating fiber by Raman amplification.
[0013]
Further, according to the present invention, by using a silica-based optical fiber having a Raman amplification function similarly to the dispersion compensation fiber, loss compensation of the silica-based optical fiber by Raman amplification can be performed as in the case of using the dispersion compensation fiber. An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier.
Another object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier in which the unstable operation of a rare earth doped fiber optical amplifier having a high gain and a rare earth doped fiber optical amplifier adjusted for multi-wavelength amplification is suppressed. And
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the optical fiber amplifier of the present invention includes a first pumping light source that outputs pumping light, an optical multiplexer / demultiplexer, and the optical multiplexer / demultiplexer. Through A rare earth element connected to the first pumping light source, amplifying a wavelength-multiplexed optical signal of a predetermined wavelength band by the pumping light from the first pumping light source, and coupled with a silica-based optical fiber at the front stage or the rear stage And the silica-based optical fiber Raman-amplifies the optical signal by the residual pumping light of the pumping light output from the first optical fiber.
In this case, the first pumping light source can be composed of two pumping light sources and a polarization beam combiner that performs polarization combining on the pumping light from the two pumping light sources. In addition, the first excitation light source may have means for depolarizing the excitation light. Furthermore, the first excitation light source may have means for modulating excitation light.
Furthermore, the optical transmission system of the present invention includes a first pumping light source that outputs pumping light, an optical multiplexer / demultiplexer, and the optical multiplexer / demultiplexer. Through The pumping light from the first pumping light source connected to the first pumping light source
A first optical fiber doped with a rare earth element for amplifying a wavelength-multiplexed optical signal in a predetermined wavelength band, and a residual of the pumping light output from the first optical fiber coupled to the first optical fiber. A silica-based optical fiber that Raman-amplifies the optical signal with pumping light, and a second wavelength of the wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber. A second pumping light source that pumps the silica-based optical fiber with pumping light; a wavelength band of pumping light output from the first pumping light source; and pumping light output from the second pumping light source. The wavelength band is selected so as to be different.
The optical fiber amplifier of the present invention comprises a first optical fiber to which a rare earth element is added and has a gain characteristic depending on a wavelength. Connection An optical amplifying unit that is excited by the first pumping light from the pumping light source and amplifies a wavelength-multiplexed optical signal within a predetermined wavelength band; and a silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber. A second pumping light source that pumps with pumping light and Raman-amplifies the optical signal with the silica-based optical fiber so that the gain characteristic of the optical amplifier unit is compensated; And, The residual excitation light of the first excitation light output from the first optical fiber and the second excitation light from the second excitation light source output from the first optical fiber in the silica-based optical fiber coupled with the first optical fiber. The wavelengths of the first and second pump lights are selected so that the optical signal is Raman amplified. It is characterized by .
In this case, the wavelength of the first pumping light and the wavelength of the second pumping light are different from each other, or the wavelength of the first pumping light and the second pumping light are different from each other. It can be assumed that the excitation light has a wavelength band substantially equal to the wavelength of the excitation light.
In the optical signal amplification method of the present invention, the first optical fiber to which the rare earth element is added is used as the first optical fiber. Connection A silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber is excited by the first pumping light from the pumping light source to amplify an optical signal in a predetermined wavelength band. The optical signal is Raman-amplified by the residual pumping light of the first pumping light output from the first optical fiber and the second pumping light from the second pumping light source. The wavelength of the second excitation light is selected.
In this case, the wavelength of the first pumping light and the wavelength of the second pumping light are different from each other, or the wavelength of the first pumping light and the second pumping light are different from each other. It can be assumed that the excitation light has a wavelength band substantially equal to the wavelength of the excitation light.
Furthermore, in the optical signal amplification method of the present invention, an optical amplification unit composed of a first optical fiber to which a rare earth element is added is provided in the first optical fiber. Connection The first pumping light from the pumping light source amplifies an optical signal within a predetermined wavelength band with a gain characteristic depending on the wavelength, and a silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber is used as the first optical fiber. The first pumping light output from the optical fiber is pumped with residual pumping light and desired pumping light having a wavelength different from that of the first pumping light, so that the gain characteristic of the optical amplification unit is compensated. The optical signal is Raman-amplified with a silica-based optical fiber.
(1) Description of the first aspect of the present invention
FIG. 1 is a principle block diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numerals 51 and 52 denote a rare earth doped fiber and a dispersion compensating fiber arranged in two stages.
[0015]
53-1 is a first pumping light source that generates pumping light in the first wavelength band for the rare earth doped fiber 51, and 54-1 is pumping light from the first pumping light source 53-1 for the rare earth doped fiber 51. Is a first optical coupler incident on the.
53-2 is a second pumping light source that generates pumping light in the second wavelength band for the dispersion compensating fiber 52, and 54-2 is a pumping light from the second pumping light source 53-2. Is a second optical coupler incident on.
[0016]
The dispersion compensating fiber 52 is pumped with pumping light in the second wavelength band from the second pumping light source 53-2 to generate Raman amplification.
That is, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit composed of a rare-earth-doped fiber 51 and a Raman optical amplifying unit composed of a dispersion-compensating fiber 52 that generates Raman amplification when excited by a desired pumping light are cascaded in two stages. It has been done.
In this case, the wavelength band of the excitation light generated by the first excitation light source 53-1 is 0.98 μm, and the wavelength band of the excitation light generated by the second excitation light source 53-2 is 1.47 μm (1.45 to 1.49 μm). : Hereinafter, the 1.47 μm band is preferably 1.45 to 1.49 μm unless otherwise specified).
[0017]
In addition, the Raman light amplifying unit may be disposed as a pre-stage amplifying unit, and the rare earth-doped fiber light amplifying unit may be disposed as a post-stage amplifying unit. In the case of being configured as an amplifying unit, the rare-earth-doped fiber optical amplifying unit may be disposed as a pre-stage amplifying unit, and the Raman light amplifying unit may be disposed as a post-stage amplifying unit.
The second pumping light source 53-2 can also be configured by two pumping light sources and a polarization beam combiner that performs orthogonal polarization combining on the pumping light from these pumping light sources, and the second pumping light source 53-2. Can also be configured to depolarize the pumping light by combining the pumping light source and the depolarizer, and the second pumping light source 53-2 is configured to generate modulated pumping light. You can also.
(2) Description of the second aspect of the present invention
FIG. 2 is a principle block diagram showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, 61 and 62 are an erbium-doped fiber and a dispersion compensating fiber arranged in two stages.
[0018]
Reference numeral 63 denotes an excitation light source that generates excitation light in a 1.47 μm band, and reference numeral 64 denotes an optical coupler that makes the excitation light from the excitation light source 63 incident on the erbium-doped fiber 61.
In this case, the dispersion compensating fiber 62 is pumped by the residual pumping light from the erbium-doped fiber 61 to generate Raman amplification.
[0019]
That is, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit composed of an erbium-doped fiber 61, which is a rare-earth-doped fiber, and a Raman optical amplifying unit that generates Raman amplification by being excited with desired pumping light that can excite the rare-earth doped fiber optical amplifying unit. (This Raman light amplifying unit is composed of a dispersion compensating fiber 62) is arranged in a cascade and is provided with pumping light for exciting the rare earth doped fiber light amplifying unit and the Raman light amplifying unit. A light source 63 is provided.
The pumping light source 63 can also be composed of two pumping light sources and a polarization beam combiner that performs orthogonal polarization combining on the pumping light from these pumping light sources. The pumping light source 63 includes the pumping light source and the depolarizer. In combination, the excitation light can be configured to be non-polarized, and the excitation light source 63 can be configured to generate modulated excitation light.
(3) Description of the third aspect of the present invention
FIG. 3 is a principle block diagram showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numerals 71 and 72 denote an erbium-doped fiber and a dispersion compensating fiber arranged in two stages.
Reference numeral 73 denotes an excitation light source that generates excitation light in the 1.47 μm band, and reference numeral 74 denotes an optical coupler that makes the excitation light from the excitation light source 73 incident on the dispersion compensation fiber 72.
[0020]
In this case, the erbium-doped fiber 71 is configured to be excited with residual pumping light from the dispersion compensating fiber 72.
(4) Description of the fourth aspect of the present invention
FIG. 4 is a principle block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4, 81 is a dispersion compensating fiber doped with a rare earth element, and 82 is a dispersion compensating fiber 81 doped with a rare earth element. The pumping light source 83 generates pumping light, and 83 is an optical coupler that makes the pumping light from the pumping light source 82 enter the dispersion compensating fiber 81 doped with a rare earth element.
(5) Description of the fifth aspect of the present invention
FIG. 5 is a principle block diagram showing the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 5, reference numerals 91 and 92 denote an erbium-doped fiber and a dispersion compensating fiber arranged in two stages.
[0021]
Reference numeral 93 denotes an excitation light source that generates 1.47 μm band excitation light for the erbium-doped fiber 91, and 94 is an optical coupler that makes the excitation light from the excitation light source 93 incident on the erbium-doped fiber 91.
Reference numeral 95 denotes an optical filter that is interposed between the erbium-doped fiber 91 and the dispersion compensating fiber 92 and blocks the residual excitation light in the 1.47 μm band that emerges from the erbium-doped fiber 91.
[0022]
(6) Description of the sixth aspect of the present invention
FIG. 6A is a principle block diagram showing a sixth aspect of the present invention. In FIG. 6A, 101 is a silica-based optical fiber (SOF), and 102 is an erbium-doped fiber (EDF). The optical fiber amplifier shown in FIG. 6A has a silica-based optical fiber 101 on the front side and an erbium-doped fiber 102 on the rear side.
103-1 is a silica-based optical fiber pumping light source that generates pumping light in the wavelength band for the silica-based optical fiber 101, and 104-1 is pumping light from the silica-based optical fiber pumping light source 103-1. This is an optical coupler that enters the silica-based optical fiber 101.
[0023]
103-2 is an erbium-doped fiber pumping light source that generates pumping light in the wavelength band for the erbium-doped fiber 102, and 104-2 is an erbium-doped fiber pumping light from the erbium-doped fiber pumping light source 103-2. This is an optical coupler that is incident on 102.
In this case, the silica-based optical fiber 101 is pumped with pumping light in the wavelength band from the silica-based optical fiber pumping light source 103-1, thereby causing Raman amplification.
[0024]
That is, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 6 (a), a rare earth-doped fiber optical amplifying unit composed of an erbium-doped fiber 102, which is a rare earth-doped fiber, and a silica-based amplifier that causes Raman amplification when excited by desired pump light. The Raman light amplifying unit composed of the optical fiber 101 is connected in cascade in two stages, front and rear, the Raman light amplifying unit is disposed as a front-stage amplifying unit, and the rare earth-doped fiber light amplifying unit is disposed as a back-stage amplifying unit. It has been done.
In the case where the rare earth doped fiber optical amplifying unit is configured as an optical amplifying unit having a low noise figure, the rare earth doped fiber optical amplifying unit is disposed as a pre-stage amplifying unit, and the Raman light amplifying unit is a post-stage amplifying unit. You may arrange as.
[0025]
Furthermore, an excitation light source that generates excitation light may be provided, and this excitation light source may also serve as the silica-based optical fiber excitation light source 103-1 and the erbium-doped fiber excitation light source 103-2.
(7) Description of the seventh aspect of the present invention
FIG. 6B is a principle block diagram showing a seventh aspect of the present invention. In FIG. 6B, 111 is an erbium-doped fiber (EDF) having a low noise figure, and 112 is a silica-based optical fiber. The optical fiber amplifier shown in FIG. 6B includes an erbium-doped fiber 111 on the front side and a silica-based optical fiber 112 on the rear side.
113-2 is a pumping light source for silica-based optical fiber that generates pumping light in the wavelength band for the silica-based optical fiber 112. 114-2 is a pumping light source from the pumping light source 113-2 for silica-based optical fiber. The optical coupler is incident on the silica-based optical fiber 112.
[0026]
Reference numeral 113-1 denotes an erbium-doped fiber pumping light source that generates pumping light in the wavelength band for the erbium-doped fiber 111, and 114-1 denotes erbium-doped fiber pumping light from the erbium-doped fiber pumping light source 113-1. 111 is an optical coupler that is incident on 111.
In this case, the silica-based optical fiber 112 is excited with excitation light in the wavelength band from the silica-based optical fiber excitation light source 113-2 to generate Raman amplification.
[0027]
An excitation light source that generates excitation light in the 1.47 μm band may be provided so that the excitation light source also serves as the silica-based optical fiber excitation light source 113-2 and the erbium-doped fiber excitation light source 113-1. Good.
(8) Description of the eighth aspect of the present invention
FIG. 7 is a principle block diagram showing an eighth aspect of the present invention. In FIG. 7, 121-1 is a first erbium-doped fiber (EDF) having a low noise figure, and 122 is a silica-based optical fiber (SOF). , And 121-2 is a second erbium-doped fiber (EDF). The optical fiber amplifier shown in FIG. 7 has the first erbium-doped fiber 121-1 at the front stage and the silica-based optical fiber 122 at the middle stage. Two erbium-doped fibers 121-2 are provided in the subsequent stages.
123-1 is a pumping light source for the first erbium-doped fiber that generates pumping light in the wavelength band for the first erbium-doped fiber 121-1, and 124-1 is a pumping light source for the first erbium-doped fiber 123-1. Is an optical coupler that makes the excitation light from the light incident on the first erbium-doped fiber 121-1.
[0028]
123-2 is a silica-based optical fiber pumping light source that generates pumping light in the wavelength band for the silica-based optical fiber 122, and 124-2 is pumping light from the silica-based optical fiber pumping light source 123-2. This is an optical coupler that enters the silica-based optical fiber 122.
123-3 is a pumping light source for the second erbium-doped fiber that generates pumping light in the wavelength band for the second erbium-doped fiber 121-2, and 124-3 is a pumping light source for the second erbium-doped fiber 123-3. Is an optical coupler that makes the excitation light from the light incident on the second erbium-doped fiber 121-2.
[0029]
In this case, the silica-based optical fiber 122 is pumped with pumping light in the wavelength band from the silica-based optical fiber pumping light source 123-2 to generate Raman amplification.
That is, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 7, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber 121-1 which is a rare-earth doped fiber and having a low noise figure is arranged as a pre-stage amplifying unit, and is pumped with desired pumping light. As a result, a Raman optical amplifying part made of silica-based optical fiber 122 that causes Raman amplification is arranged as a middle stage amplifying part, and a rare earth doped fiber optical amplifying part made of erbium doped fiber 121-2, which is a rare earth doped fiber, is arranged in the subsequent stage. It is arranged as an amplifying part.
(9) Description of the ninth aspect of the present invention
FIG. 8 is a principle block diagram showing a ninth aspect of the present invention. In FIG. 8, 131-1 is a first erbium-doped fiber (EDF) having a low noise figure, and 132 is a dispersion compensating fiber (DCF). 131-2 is a second erbium-doped fiber (EDF), and the optical fiber amplifier shown in FIG. 8 has the first erbium-doped fiber 131-1 at the front stage, the dispersion compensating fiber 132 at the middle stage, and the second erbium. A doped fiber 131-2 is provided in each subsequent stage.
133-1 is a pump light source for the first erbium-doped fiber that generates pump light in the wavelength band for the first erbium-doped fiber 131-1, and 134-1 is a pump light source for the first erbium-doped fiber 133-1. Is an optical coupler that makes the excitation light from the light incident on the first erbium-doped fiber 131-1.
[0030]
133-2 is a dispersion-compensating fiber pumping light source that generates pumping light in the wavelength band for the dispersion-compensating fiber 132, and 134-2 is a pumping light source from the dispersion-compensating fiber pumping light source 133-2. This is an optical coupler that is incident on 132. 133-3 is a pumping light source for the second erbium-doped fiber that generates pumping light in the wavelength band for the second erbium-doped fiber 131-2, and 134-3 is a pumping light source for the second erbium-doped fiber 133-3. Is an optical coupler that makes the excitation light from the light incident on the second erbium-doped fiber 131-2.
[0031]
In this case, the dispersion compensating fiber 132 is configured to be pumped with pumping light in the wavelength band from the pumping light source 133-2 for the dispersion compensating fiber to generate Raman amplification.
That is, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 8, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber 131-1 which is a rare-earth doped fiber and having a low noise figure is disposed as a pre-amplifier and pumped with desired pumping light. As a result, a Raman optical amplifying unit composed of the dispersion compensating fiber 132 that causes Raman amplification is arranged as a middle stage amplifying unit, and a rare earth doped fiber optical amplifying unit composed of an erbium doped fiber 131-2 that is a rare earth doped fiber is arranged in the latter stage. It is arranged as a part.
(10) Description of the tenth aspect of the present invention
FIG. 9A is a principle block diagram showing a tenth aspect of the present invention. In FIG. 9A, 141 is a dispersion compensating fiber (DCF), 142 is a pumping light source that generates pumping light, Reference numeral 143 denotes an optical coupler that makes the excitation light from the excitation light source 142 enter the dispersion compensation fiber 141, and is configured to excite the dispersion compensation fiber 141 with the excitation light from the excitation light source 142 to cause Raman amplification. Yes.
Thus, the optical fiber amplifier includes a dispersion compensating fiber module having the dispersion compensating fiber 141 and the pumping light source 142 that pumps the dispersion compensating fiber 141 to cause Raman amplification.
[0032]
Also in this case, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator, or the input port to which the input signal light is input or the output from which the output signal light is output. An isolator may be added to each port.
(11) Description of the eleventh aspect of the present invention
FIG. 9B is a principle block diagram showing an eleventh aspect of the present invention. In FIG. 9B, 151 is a silica-based optical fiber (SOF), and 152 is an excitation light source that generates excitation light. , 153 are optical couplers that make the excitation light from the excitation light source 152 incident on the silica-based optical fiber 151 so that the silica-based optical fiber 151 is excited by the excitation light from the excitation light source 152 to cause Raman amplification. It is configured.
In this case, the input signal light may be input through the optical circulator and the output signal light may be output through the optical circulator.
[0033]
(12) Description of the twelfth aspect of the present invention
FIG. 10 is a principle block diagram showing a twelfth aspect of the present invention. In FIG. 10, 154 is a rare earth doped fiber optical amplifying unit made of rare earth doped fiber 61, and 155 is an optical fiber or optical isolator added. This is an optical fiber attenuating portion made of a manufactured optical fiber.
The optical fiber attenuating unit 155 suppresses unstable operation of the rare earth doped fiber optical amplifying unit 154.
[0034]
The optical fiber attenuating unit 155 may also serve as a Raman light amplifying unit that generates Raman amplification when excited with desired pumping light.
In FIG. 10, reference numeral 63 denotes an excitation light source, and reference numeral 64 denotes an optical coupler that makes the excitation light from the excitation light source 63 incident on the rare earth doped fiber 61.
(13) Description of the thirteenth aspect of the present invention
FIG. 11 is a principle block diagram showing a thirteenth aspect of the present invention. In FIG. 11, reference numerals 156-1 and 156-2 denote rare-earth doped fiber optical amplifying units comprising rare-earth doped fibers 121-1, 121-2. These are a front-stage optical amplification section and a rear-stage optical amplification section, respectively configured. An optical amplification unit is configured by including the front-stage optical amplification unit 156-1 and the rear-stage optical amplification unit 156-2.
Reference numeral 157 denotes an optical fiber attenuating unit composed of an optical fiber or an optical fiber to which an optical isolator is added. The optical fiber attenuating unit 157 includes a front-stage optical amplifying unit 156-1 and a rear-stage optical amplifying unit 156-2 in the optical amplifying unit. Between the two and suppresses the unstable operation of the optical amplification unit.
[0035]
The optical fiber attenuating unit 157 may also serve as a Raman light amplifying unit that generates Raman amplification when excited with desired pumping light.
In FIG. 11, 123-1 and 123-3 are pumping light sources, 124-1 is an optical coupler that makes the pumping light from the pumping light source 123-1 incident on the rare earth doped fiber 121-1, and 124 -3 is an optical coupler that makes the excitation light from the excitation light source 123-3 incident on the rare earth doped fiber 121-2.
[0036]
An optical fiber amplifier of the present invention comprises a first optical fiber doped with a rare earth element, and includes an optical amplifying unit that amplifies an optical signal in a predetermined wavelength band, and a silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber. A Raman amplification pumping light source that pumps with a desired pumping light and Raman-amplifies an optical signal with a silica-based optical fiber is provided (claim 1).
[0037]
An optical fiber amplifier according to the present invention includes a first optical fiber to which a rare earth element is added, an optical amplifying unit that amplifies an optical signal in a predetermined wavelength band, and a silica system coupled to the first optical fiber. And a Raman amplification pumping light source that pumps the silica-based optical fiber with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the optical fiber.
[0038]
Here, the Raman amplification pumping light source may be provided in front of the optical amplification section.
The Raman amplification pumping light source may be composed of two pumping light sources and a polarization beam combiner that combines the polarization of the pumping lights from the two pumping light sources (claim 4). The excitation light source may have means for depolarizing the excitation light (Claim 5), and may further have means for modulating the excitation light (Claim 6).
[0039]
The optical fiber amplifier of the present invention includes a first optical fiber to which a rare earth element is added, and a first pumping light source that outputs pumping light that pumps the first optical fiber, and has a predetermined wavelength band. An optical amplification unit that amplifies an optical signal, and a Raman that excites the silica optical fiber with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica optical fiber coupled to the first optical fiber. An excitation light source for amplification, and the wavelength band of the excitation light output from the first excitation light source and the wavelength band of the excitation light output from the Raman amplification excitation light source are selected to be different (Claim 7).
[0040]
The wavelength band of the pumping light output from the first pumping light source is a 0.98 μm band, and the wavelength of the pumping light output from the Raman amplification pumping light source is in a wavelength band of 1.45 μm to 1.49 μm. (Claim 8).
The optical fiber amplifier of the present invention includes a first optical fiber to which a rare earth element is added, and a first pumping light source that outputs pumping light that pumps the first optical fiber, and has a predetermined wavelength band. An optical amplification unit that amplifies an optical signal, and a Raman that excites the silica optical fiber with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica optical fiber coupled to the first optical fiber. An excitation light source for amplification is provided, and the wavelength band of the excitation light output from the first excitation light source and the wavelength band of the excitation light output from the Raman amplification excitation light source are selected to be substantially equal. (Claim 9).
[0041]
Furthermore, the optical fiber amplifier of the present invention includes a first optical fiber to which a rare earth element is added, and a first pumping light source that outputs pumping light that pumps the first optical fiber, and has a predetermined wavelength band. An optical amplification unit that amplifies an optical signal, and a Raman that excites the silica optical fiber with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica optical fiber coupled to the first optical fiber. The present invention is characterized in that an amplification pumping light source and an optical coupler that makes the pumping light from the Raman amplification pumping light incident on the silica-based optical fiber are provided.
[0042]
The optical fiber amplifier of the present invention comprises a first optical fiber to which a rare earth element is added, has a gain characteristic depending on a wavelength, and amplifies an optical signal in a predetermined wavelength band, A pump for Raman amplification in which a silica-based optical fiber coupled to one optical fiber is pumped with a desired pumping light, and the optical signal is Raman-amplified with the silica-based optical fiber so that the gain characteristic of the optical amplification unit is compensated. A light source is provided (claim 11).
[0043]
The optical fiber amplifier of the present invention includes a first optical fiber to which a rare earth element is added, an optical amplifying unit that amplifies an optical signal in a predetermined wavelength band with a gain characteristic depending on the wavelength, and a first optical fiber. A Raman amplification pumping light source that pumps the silica-based optical fiber with pumping light that is adjusted so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber coupled with the fiber and the gain characteristic of the optical amplification unit is compensated; (Claim 12).
[0044]
In addition, in the optical signal amplification method of the present invention, the silica-based optical fiber is pumped with desired pump light, the optical signal is Raman-amplified with the silica-based optical fiber, and the Raman-amplified optical signal is converted into a rare-earth element. Amplification is performed by the added first optical fiber (claim 13).
Also, the optical signal amplification method of the present invention excites the silica optical fiber with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica optical fiber, and is coupled with the silica optical fiber. The optical signal is amplified by the first optical fiber to which the rare earth element is added (claim 14).
[0045]
Furthermore, the optical signal amplification method of the present invention excites the first optical fiber to which the rare earth element is added to amplify an optical signal in a predetermined wavelength band, and the silica-based optical fiber coupled with the first optical fiber. The silica-based optical fiber is pumped with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified therein (claim 15).
Here, the first optical fiber and the silica-based optical fiber may be excited by pumping light having a different wavelength band (Claim 16), and the first optical fiber and the silica-based optical fiber are It may be excited by excitation light having substantially the same wavelength band (claim 17).
[0046]
According to the optical signal amplification method of the present invention, the optical amplification unit including the first optical fiber to which the rare earth element is added amplifies the optical signal in a predetermined wavelength band with a gain characteristic depending on the wavelength, The silica-based optical fiber coupled to the optical fiber is pumped with a desired pumping light, and the optical signal is Raman-amplified with the silica-based optical fiber so that the gain characteristic of the optical amplification unit is compensated. (Claim 18).
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Description of the first embodiment
FIG. 12 is a block diagram showing the first embodiment of the present invention. In the optical fiber amplifier shown in FIG. 12, an isolator 144, a dispersion compensating fiber 141, and an optical demultiplexer / multiplexer 143 are arranged in this order from the input side. ing. The pumping light source 142 is connected to the optical demultiplexer / multiplexer 143.
Here, the excitation light source 142 is an excitation light source that generates excitation light in a band (for example, 1.44 to 1.49 μm) that can perform band compensation of erbium-doped fiber amplification by Raman amplification. The excitation light is incident from the output end of the dispersion compensating fiber 141 through the optical demultiplexer / multiplexer 143.
Therefore, this optical fiber amplifier has a dispersion compensating fiber module having the dispersion compensating fiber 141 and the pumping light source 142.
With such a configuration, the dispersion compensating fiber 141 can be excited with the excitation light from the excitation light source 142 to cause Raman amplification. That is, in the dispersion compensating fiber 141, the mode field diameter is generally small, so the threshold value for Raman amplification is lowered, and thus Raman amplification is likely to occur.
By the way, the dispersion compensating fiber has the following characteristics.
[0048]
In other words, the dispersion compensating fiber (DCF) has a small core diameter and a mode field diameter which is about half of the normal size, and nonlinear effects (stimulated Raman scattering (SRS), stimulated Brillouin scattering (SBS), four-photon mixing (FWM), self-phase). Modulation effects (SPM, etc.) are more likely to occur than fibers that are transmission lines. In addition, it is known from the usage mode that the dispersion compensating fiber is not as long as the fiber as the transmission line, and can be used by reducing the optical power when passing through the dispersion compensating fiber. This is because the influence of the nonlinear effect increases as the length increases.
In addition, it has been found that the attenuation (loss) of light in the dispersion compensating fiber is not negligible. For this reason, it is necessary to compensate for this loss with an optical amplifier.
[0049]
On the other hand, the input power is limited to a small value as described above, which makes it difficult to design a level as an optical amplifier.
However, the non-linear effects described above can be harmful and useful for communication. Of these, Raman amplification is beneficial.
The points where this Raman amplification can be very useful are as follows. That is, if the dispersion compensation fiber is Raman-amplified, the dispersion compensation fiber itself becomes an optical amplifier and the loss can be compensated.
[0050]
Note that Raman amplification is stimulated Raman scattering, that is, when intense monochromatic light is applied to an optical fiber, coherent Stokes light whose wavelength is shifted by a specific amount by interacting with the optical phonon of the optical fiber. By applying the phenomenon generated by stimulated emission, the wavelength of monochromatic light is set so that the Stokes light has the same wavelength as the signal light, and the signal light is amplified by stimulated emission.
Therefore, as described above, the dispersion compensation fiber 141 is pumped by the pumping light in the band as described above from the pumping light source 142 to generate Raman amplification, whereby the loss compensation of the dispersion compensating fiber by this Raman amplification (erbium doped fiber). Flattening of the pits of the gain and compensating compensation for the decrease in the gain of the erbium-doped fiber can be performed.
In order to flatten the gain depression of the erbium-doped fiber in the 1.54 μm band, it is excited at ˜1.44 μm to cause Raman amplification.
Further, as shown in FIG. 13, an isolator 144-2 can be added on the output side.
Further, as shown in FIGS. 12 and 13, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal It can also be configured such that light is output through this optical circulator.
[0051]
Further, a silica-based optical fiber can be used instead of the dispersion compensating fiber 141.
(2) Description of the second embodiment
FIG. 14 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 14 includes an isolator 55-1, an optical demultiplexer / multiplexer 54-1, an erbium-doped fiber (in order from the input side). Rare earth doped fiber) 51, isolator 55-2, dispersion compensating fiber 52, optical demultiplexer-multiplexer 54-2, and isolator 55-3. In addition, an excitation light source 53-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 54-1, and an excitation light source 53-2 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 54-2.
Here, the excitation light source (first excitation light source) 53-1 generates excitation light in the first wavelength band (for example, 0.98 μm band) for the erbium-doped fiber 51. The excitation light source 53-2 , Which generates pump light in the second wavelength band (for example, 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm) or up to 1.44 μm band (˜1.44 μm)) for the dispersion compensating fiber 52. .
[0052]
That is, the first wavelength band of the excitation light output from the excitation light source 53-1 and the second wavelength band of the excitation light output from the excitation light source 53-2 are selected to be different.
Thereby, the dispersion compensation fiber 52 can be excited with the excitation light from the excitation light source 53-2, and Raman amplification can be caused by the same principle as in the first embodiment. Therefore, also in this embodiment, the dispersion compensation fiber 52 is excited by excitation light in the 1.47 μm band or the band up to 1.44 μm from the excitation light source 53-2 to generate Raman amplification. The loss compensation of the dispersion compensating fiber can be performed.
Furthermore, while the wavelength characteristics of the gain of rare-earth-doped fiber optical amplifiers are determined by rare-earth ions, the wavelength characteristics of the gain of Raman optical amplifiers are determined by the pump wavelength, and the peak value shifts if the pump wavelength is changed. In addition, it is possible to select a pump wavelength when performing Raman amplification so as to compensate the wavelength characteristic of the gain of the rare earth-doped fiber optical amplifier, and in this way, a broadband optical amplifier can be realized.
That is, in the case of Raman amplification, there is an amplification bandwidth, and if the wavelength dependence of this gain is used, not only the loss compensation of the dispersion compensation fiber but also the amplification bandwidth of the erbium doped fiber can be compensated for and the bandwidth can be increased.
[0053]
In other words, the wavelength characteristics of the erbium-doped fiber amplifier are not flat, as shown in FIGS. 26 and 27, and therefore, by performing Raman amplification using the dispersion compensating fiber, the unevenness of the wavelength characteristics of the erbium-doped fiber amplifier can be reduced. As a result, it is possible to realize a broadband optical amplifier, which is suitable when performing multi-wavelength amplification (see FIG. 27).
In addition, the rare earth doped fiber optical amplification part which consists of an erbium doped fiber which is a rare earth doped fiber may be comprised as an optical amplification part which has a low noise figure.
[0054]
In the optical fiber amplifier shown in FIG. 14, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber is arranged as a pre-stage amplifying unit, and a Raman optical amplifying unit made of a dispersion compensating fiber is arranged as a post-stage amplifying unit. However, the present invention is not limited to this, and a Raman light amplifying unit made of a dispersion compensating fiber or a silica-based optical fiber is arranged as a pre-amplifier, and a rare-earth doped fiber optical amplifying unit made of an erbium-doped fiber is a post-amplifier. (In the case where the Raman light amplifying section is made of a silica-based optical fiber, one pumping light source can be used both as a silica-based optical fiber pumping light source and an erbium-doped fiber pumping light source).
[0055]
That is, the excitation light source 53-2 has a wavelength up to 1.44 μm (˜1.44 μm) selected so that the optical signal is Raman-amplified in a silica-based optical fiber (not shown) coupled to the erbium-doped fiber 51. ) Function as an excitation light source for Raman amplification that excites a silica-based optical fiber with excitation light.
Therefore, the optical fiber amplifier of the present invention has the rare earth doped fiber 51 doped with rare earth elements, and amplifies the optical signal in the 0.98 μm band, for example, with a gain characteristic depending on the wavelength (rare earth doped fiber). The optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber coupled with the rare-earth-doped fiber 51, and the silica-based optical fiber is pumped with the pump light adjusted so that the gain characteristic of the optical amplifier is compensated. The excitation light source 52-2 for Raman amplification to be excited is provided.
Further, the excitation light source 53-2 includes, for example, two excitation light sources and excitations from these excitation light sources, similarly to the excitation light sources 53-2, 53-2 ′, 53-2 ″ shown in FIGS. It may be composed of a polarization beam combiner that synthesizes orthogonal polarization of light, and combines a pump light source and a depolarizer (the pump light source and the depolarizer function as means for depolarizing the pump light). It may be configured to depolarize the excitation light (having means for modulating the excitation light), or may be configured to generate modulated excitation light.
The excitation light sources 53-2, 53-2 ′, 53-2 ″ shown in FIGS. 23 to 25 are the ninth embodiment of the present invention, the first modification of the ninth embodiment of the present invention, and This will be described in a second modification of the ninth embodiment of the present invention.
(3) Description of the third embodiment
FIG. 15 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 15 includes an isolator 65-1, an optical demultiplexer / multiplexer 64, an erbium doped fiber (rare earth doped) in order from the input side. Fiber) 61, an isolator 65-2, a dispersion compensating fiber 62, and an isolator 65-3. An excitation light source 63 is connected to the optical demultiplexer / multiplexer 64.
Here, the excitation light source 63 generates excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example.
[0056]
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 15, excitation light is incident from one end of the erbium-doped fiber 61 by the optical demultiplexer / multiplexer 64 to excite and amplify the erbium-doped fiber 61. Residual excitation light arrives from the other end of the erbium-doped fiber 61. Thereafter, this residual pumping light is supplied to the dispersion compensating fiber 62 via the isolator 65-2 to cause Raman amplification.
In this way, amplification using both fibers can be performed by using a common pumping light source for the erbium-doped fiber and the dispersion compensating fiber.
[0057]
That is, the excitation wavelength band when Raman-amplifying 1.55 μm band signal light is the 1.47 μm band (1.45-1.49 μm) which is the excitation wavelength band of the erbium-doped fiber (EDF), Therefore, Raman amplification can be performed using the residual pumping light power when the EDF is pumped with 1.47 μm band light. Thus, the loss of the dispersion compensating fiber 62 can be compensated while performing optical amplification with the erbium doped fiber 61.
As a result, similarly to the second embodiment described above, the unevenness of the wavelength characteristics of the erbium-doped fiber amplifier can be flattened to realize a broadband optical amplifier, which is suitable for performing multi-wavelength collective amplification, etc. Since only one excitation light source is required, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
[0058]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator, and the output signal light is transmitted through the optical circulator. It can also be configured to output.
Further, the pumping light source 63 may be composed of two pumping light sources and a polarization beam combiner that performs orthogonal polarization combining on the pumping light from these pumping light sources, and combining the pumping light source and the depolarizer, May be configured to depolarize the light, and may be configured to generate modulated excitation light.
(3-1) Description of the first modification of the third embodiment
FIG. 16 is a block diagram showing a first modification of the third embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 16 includes an isolator 65-1 and an optical demultiplexer-multiplexer 64-1 in order from the input side. , Erbium doped fiber (rare earth doped fiber) 61-1, isolator 65-2, dispersion compensating fiber 62, erbium doped fiber (rare earth doped fiber) 61-2, optical demultiplexer-multiplexer 64-2, and isolator 65-3. It is arranged. The excitation light source 63-1 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 64-1, and the excitation light source 63-2 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 64-2.
Here, both the excitation light sources 63-1 and 63-2 generate excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example.
[0059]
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of erbium doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements. For example, a rare earth doped fiber optical amplifier for amplifying an optical signal in a 1.47 μm band, and an erbium doped fiber 61- A silica-based optical fiber (not shown) coupled to 1, 61-2 is pumped with, for example, 1.47 μm band pumping light, and a Raman amplification pumping light source 63-2 is used to Raman-amplify an optical signal with the silica-based optical fiber. It has become that.
[0060]
As will be described later, this optical fiber amplifier includes erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements, and a pumping light source 63- that outputs pumping light for exciting the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2. 1, 63-2, and a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit that amplifies an optical signal in the first wavelength band, and light in a silica-based optical fiber coupled to the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 A Raman amplification pumping light source (not shown) for pumping the silica-based optical fiber with pumping light having a wavelength up to 1.44 μm (˜1.44 μm) selected so that the signal is Raman-amplified, and a Raman amplification pumping light source An optical demultiplexer / synthesizer (optical coupler) that makes the excitation light from the light incident on the silica-based optical fiber may be provided.
[0061]
In this case, a rare earth doped fiber optical amplifying unit having erbium doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements and amplifying a 1.47 μm band optical signal with a wavelength-dependent gain characteristic, and an erbium doped fiber Silica-based optical fiber with pumping light adjusted so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber combined with 61-1 and 61-2, and the gain characteristic of the rare earth-doped fiber optical amplifier is compensated. It can also comprise so that it may have a Raman amplification excitation light source.
[0062]
With this configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 16, the pumping light is incident from the input end of the erbium-doped fiber 61-1 by the optical demultiplexer-multiplexer 64-1, and the erbium-doped fiber 61-1 is made to enter. Excitation and amplification are performed. At this time, the residual excitation light arrives from the other end of the erbium-doped fiber 61-1. Further, this residual pumping light is supplied to the dispersion compensating fiber 62 via the isolator 65-2 to cause Raman amplification.
The pumping light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 61-2 by the optical demultiplexer-multiplexer 64-2, and the erbium-doped fiber 61-2 is excited and amplified. Residual excitation light also arrives from the input end of the erbium-doped fiber 61-2. Further, this residual pumping light is also supplied to the dispersion compensating fiber 62 to cause Raman amplification.
[0063]
Accordingly, the Raman amplification pumping light source is provided in front of the rare earth-doped fiber optical amplifier.
That is, the optical signal amplification method of the present invention comprises the erbium-doped fiber 61-2 doped with rare earth elements, amplifies the optical signal in the 1.47 μm band with a wavelength-dependent gain characteristic, and the erbium-doped fiber 61- The silica-based optical fiber coupled to 2 is pumped with a desired pumping light, and the optical signal is Raman-amplified with the silica-based optical fiber so that the gain characteristic of the optical amplification unit is compensated.
[0064]
In this case, since the dispersion compensating fiber 62 is Raman-amplified using the residual pumping light from the front and rear erbium-doped fibers 61-1 and 61-2, the compensation effect by the dispersion compensating fiber 62 can be increased. A broadband optical amplifier can be realized while simplifying the structure and reducing the cost.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator, and the output signal light is transmitted through the optical circulator. It can also be configured to output.
Further, an excitation light source and an optical demultiplexer / multiplexer for the dispersion compensating fiber 62 can be provided.
[0065]
That is, in the same manner as in FIG. 8, an optical fiber amplifier may be configured using the 0.98 μm band pumping light sources 133-1 to 133-3 and the optical demultiplexers / multiplexers 134-1 to 134-3. Good.
Note that a silica-based optical fiber may be used in place of the dispersion compensating fiber 62.
[0066]
That is, in the optical signal amplification method of the present invention, a silica-based optical fiber is pumped with pumping light in a 1.47 μm band or a band up to 1.44 μm, and the optical signal is Raman-amplified with the silica-based optical fiber. The optical signal thus generated can be amplified by erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements.
[0067]
Also, the optical signal amplification method of the present invention excites the silica optical fiber with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica optical fiber, and is coupled with the silica optical fiber. Optical signals are amplified by erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements. In this case, the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 and the silica-based optical fiber may be excited by excitation light having substantially the same wavelength band.
(3-2) Description of Second Modification of Third Embodiment
FIG. 17 is a block diagram showing a second modification of the third embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 17 includes an isolator 65-1 and an optical demultiplexer-multiplexer 64-1 in order from the input side. , Erbium-doped fiber 61-1, isolator 65-2, dispersion compensating fiber 62, optical demultiplexer-multiplexer 64-3, optical filter 66, isolator 65-3, optical demultiplexer-multiplexer 64-4, erbium-doped fiber 61-2, an optical demultiplexer-multiplexer 64-5, and an isolator 65-4 are provided. The pumping light source 63-1 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 64-1, and the pumping light source 63-2 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 64-5. That is, the Raman amplification pumping light source is provided in front of the rare earth-doped fiber optical amplifier.
Here, both the excitation light sources 63-1 and 63-2 generate excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example. As will be described later, this optical fiber amplifier is composed of erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare-earth elements, for example, a rare-earth-doped fiber optical amplifier for amplifying an optical signal in a 1.47 μm band, and erbium-doped A Raman amplification pumping light source that pumps silica optical fibers (not shown) coupled to the fibers 61-1 and 61-2 with pumping light of, for example, a 1.47 μm band and Raman-amplifies an optical signal with the silica optical fibers. 63-2 is provided.
[0068]
In this case, a rare earth doped fiber optical amplifying unit having erbium doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements and amplifying a 1.47 μm band optical signal with a wavelength-dependent gain characteristic, and an erbium doped fiber Silica-based optical fiber with pumping light adjusted so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber combined with 61-1 and 61-2, and the gain characteristic of the rare earth-doped fiber optical amplifier is compensated. And a Raman amplification excitation light source 63-2 for exciting the light source.
[0069]
An optical signal line having an optical filter 66 and an isolator 65-3 and an excitation light line are provided in parallel between the optical demultiplexers / multiplexers 64-3 and 64-4.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 17, the pumping light is incident from the input end of the erbium-doped fiber 61-1 by the optical demultiplexer-multiplexer 64-1, and the erbium-doped fiber 61-1 is made to enter. Excitation and amplification are performed. At this time, the residual excitation light arrives from the other end of the erbium-doped fiber 61-1. Further, this residual pumping light is supplied to the dispersion compensating fiber 62 via the isolator 65-2 to cause Raman amplification.
The pumping light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 61-2 by the optical demultiplexer-multiplexer 64-5 to excite and amplify the erbium-doped fiber 61-2. Residual excitation light also arrives from the input end of the erbium-doped fiber 61-2. Further, this residual pumping light is also supplied to the dispersion compensating fiber 62 via the optical demultiplexers / multiplexers 64-4 and 64-3 to cause Raman amplification.
Also in this case, since the dispersion compensating fiber 62 is Raman-amplified using the residual pumping light from the front and rear erbium-doped fibers 61-1 and 61-2, the compensation effect by the dispersion compensating fiber 62 can be increased. A broadband optical amplifier can be realized while simplifying the structure and reducing the cost.
[0070]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator, and the output signal light is transmitted through the optical circulator. It can also be configured to output.
Further, an excitation light source and an optical demultiplexer / multiplexer for the dispersion compensating fiber 62 can be provided.
[0071]
That is, in the same manner as in FIG. 8, an optical fiber amplifier is configured using 0.98 μm-band pumping light sources 133-1 to 133-3 and optical demultiplexers 134-1 to 134-3. Also good.
Note that a silica-based optical fiber may be used in place of the dispersion compensating fiber 62.
[0072]
That is, in the optical signal amplification method of the present invention, the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements are excited to amplify an optical signal in a wavelength band of 1.47 μm or 1.44 μm, The silica-based optical fiber can also be pumped with pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber coupled to the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2. The optical signal amplification method of the present invention can also be excited by pumping light having a wavelength band different from that of the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 and the silica-based optical fiber.
(4) Description of the fourth embodiment
FIG. 18 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 18 includes an isolator 75-1, an erbium doped fiber (rare earth doped fiber) 71, and a dispersion compensating fiber 72 in order from the input side. , An optical demultiplexer-multiplexer 74 and an isolator 75-2 are provided. An excitation light source 73 is connected to the optical demultiplexer / multiplexer 74.
Here, the excitation light source 73 generates excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example.
[0073]
With such an arrangement, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 18, the pumping light is incident from the output side of the dispersion compensating fiber 72 by the optical demultiplexer / multiplexer 74 to cause Raman amplification, and the dispersion compensating fiber. The residual pumping light from 72 enters from the output end of the erbium doped fiber 71 to excite the erbium doped fiber 71 and amplify the signal light.
On the contrary, by exciting the erbium-doped fiber 71 with the residual pumping light at the time of Raman amplification, the unevenness of the wavelength characteristics of the erbium-doped fiber is flattened as in the second embodiment, and the broadband optical amplifier In addition to being suitable for performing multi-wavelength collective amplification, etc., since only one excitation light source is required, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
The reason why amplification can be performed in both fibers by using a common excitation light source for the erbium-doped fiber and the dispersion compensating fiber is the same as described above.
[0074]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
The pumping light source 73 may be composed of two pumping light sources and a polarization beam combiner that synthesizes orthogonally polarized light from the pumping light from these pumping light sources, and combines the pumping light source and the depolarizer to generate pumping light. May be configured to depolarize the light, and may be configured to generate modulated excitation light.
(5) Description of the fifth embodiment
FIG. 19 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 19 includes, in order from the input side, an isolator 84-1, an optical demultiplexer / multiplexer 83, and erbium (rare earth element) ions. Are doped dispersion compensating fiber (hereinafter referred to as erbium doped dispersion compensating fiber) 81 and isolator 84-2. The optical demultiplexer / multiplexer 83 is connected to a pumping light source 82 that generates pumping light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm) or 0.98 μm, for example.
With this configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 19, excitation light is incident from one end of the erbium-doped dispersion compensating fiber 81 by the optical demultiplexer / multiplexer 83 to excite the erbium-doped dispersion compensating fiber 81. Amplify the signal light.
[0075]
If the core of the dispersion compensation fiber is doped with Er ions in this way, the excitation light is rapidly attenuated in the dispersion compensation fiber 81, so that no Raman amplification occurs, and the loss of the dispersion compensation fiber 81 is reduced in each minute section. It will be compensated and the signal-to-noise ratio can be kept good.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0076]
The pumping light source 82 may be composed of two pumping light sources and a polarization beam synthesizer that performs orthogonal polarization synthesis on the pumping light from these pumping light sources. The pumping light source 82 and the depolarizer combine the pumping light. May be configured to depolarize, and may be configured to generate modulated excitation light.
(6) Description of the sixth embodiment
FIG. 20 is a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 20 includes an isolator 96-1, an optical demultiplexer / multiplexer 94, an erbium doped fiber (rare earth doped) in order from the input side. Fiber) 91, an isolator 96-2, an optical filter 95, and a dispersion compensating fiber 92 are provided. An excitation light source 93 that generates excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example, is connected to the optical demultiplexer / multiplexer 94.
The optical filter 95 blocks the residual excitation light in the 1.47 μm band that emerges from the erbium-doped fiber 91.
[0077]
With such an arrangement, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 20, the pumping light is incident from one end of the erbium doped fiber 91 by the optical demultiplexer / multiplexer 94 to excite the erbium doped fiber 91 to amplify the signal light. However, at this time, residual excitation light arrives from the other end of the erbium-doped fiber 91. This residual excitation light is blocked by the optical filter 95.
If light in the 1.47 μm band is unnecessarily passed through the dispersion compensating fiber 92, the Raman amplification will disturb the level diagram design or the wavelength characteristics of the optical amplifier. In this case, the 1.47 μm band This light is blocked by the optical filter 95 from being input to the dispersion compensating fiber 92.
[0078]
Therefore, the dispersion compensating fiber 92 is mainly used for compensating for dispersion in the transmission path.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0079]
The pumping light source 93 may be composed of two pumping light sources and a polarization beam combiner that performs orthogonal polarization synthesis on the pumping light from these pumping light sources. May be configured to depolarize, and may be configured to generate modulated excitation light.
(7) Description of the seventh embodiment
FIG. 21 is a block diagram showing a seventh embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 21 includes, in order from the input side, an isolator 5-1, an optical demultiplexer-multiplexer 3-1, silica as a host. An erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber) 1, an optical demultiplexer-multiplexer 3-2, and an isolator 5-2 are disposed. The pumping light source 2-1 that generates, for example, 0.98 μm band pumping light is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 3-1, and the optical demultiplexing / multiplexing unit 3-2 is connected to, for example, about 1.44 μm. Or an excitation light source 2-2 that generates excitation light of about 1.46 μm is connected.
Here, a fusion type instead of a bulk type is used as the optical demultiplexer-multiplexer 3-1, and a type that does not incorporate an optical isolator (optical ISO) is used as the excitation light source 2-1. This is because the 1.55 μm band noise light generated in the erbium-doped fiber 1 when a 1.55 μm band optical signal is amplified does not return to the pumping light source 2-1 that generates 0.98 μm band pumping light. (The same applies to the following embodiments).
With this configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 21, the 0.98 μm band excitation light is incident from one end of the erbium-doped fiber 1 by the optical demultiplexer-multiplexer 3-1, and the erbium-doped fiber 1 is Excited and amplified signal light. Further, 1.44 μm excitation light or 1.46 μm excitation light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 1 by the optical demultiplexer-multiplexer 3-2 and is Raman-amplified by the erbium-doped fiber 1.
In the erbium-doped fiber 1 as well, it is known that Raman amplification occurs when strong light is input.
[0080]
Thus, the erbium-doped fiber 1 having silica as a host is amplified at a general excitation wavelength [for example, 0.98 μm (or may be 1.47 μm)] and Raman-amplified at ˜1.44 μm, thereby erbium-doped. The gain indentation (see FIG. 26) of the 1.54 μm band of the fiber can be flattened, and the gain reduction of the erbium-doped fiber near 1.57 μm (FIG. 26) by Raman amplification at ˜1.46 μm. Can be compensated for more flattened characteristics to achieve a wider bandwidth.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0081]
(8) Description of the eighth embodiment
FIG. 22 is a block diagram showing an eighth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 22 includes, in order from the input side, an isolator 144-1, a dispersion compensation fiber 141, and a deflection-maintaining optical demultiplexer / multiplexer. 143 and an isolator 144-2 are disposed. A polarization beam combining type excitation light source 142 is connected to the optical demultiplexer / multiplexer 143.
Here, the excitation light source 142 includes two excitation light sources 142A and 142B and a polarization beam combiner (PBS) 142C that performs orthogonal polarization synthesis on the excitation light from these excitation light sources 142A and 142B.
[0082]
The excitation light sources 142A and 142B both have the same excitation light power, and both output excitation light of, for example, 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm).
As the optical demultiplexer / multiplexer 143, an optical film type is used, and light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
[0083]
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 22, the excitation light combined with orthogonal polarization is incident from the output end of the dispersion compensating fiber 141 by the optical demultiplexer / multiplexer 143, and the dispersion compensating fiber 141 Effectively produces Raman amplification. The loss compensation of the dispersion compensating fiber can be performed by this Raman amplification.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0084]
Further, a silica-based optical fiber can be used instead of the dispersion compensating fiber 141.
Further, the excitation light source 142 is configured to depolarize the excitation light by combining the excitation light source and the depolarizer in the same manner as the excitation light sources 53-2 ′ and 53-2 ″ shown in FIGS. 24 and 25, for example. It may be configured, and may be configured to generate modulated excitation light.
[0085]
The excitation light sources 53-2 ′ and 53-2 ″ shown in FIGS. 24 and 25 are respectively the first modification of the ninth embodiment of the present invention and the second modification of the ninth embodiment of the present invention. Will be described.
(9) Description of the ninth embodiment
FIG. 23 is a block diagram showing a ninth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 23 includes an isolator 55-1, an optical demultiplexer / multiplexer 54-1, an erbium-doped fiber (in order from the input side). Rare earth doped fiber) 51, isolator 55-2, dispersion compensating fiber 52, polarization maintaining optical demultiplexer-multiplexer 54-2, and isolator 55-3. The pumping light source 53-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-1, and the polarization beam combining type pumping light source 53-2 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-2.
Here, the excitation light source 53-1 outputs, for example, 0.98 μm excitation light, and the excitation light source 53-2 includes two excitation light sources 53-2A and 53-2B and these excitation light sources 53-2A. , 53-2B is composed of a polarization beam combiner (PBS) 53-2C that synthesizes orthogonally polarized waves with respect to the excitation light.
[0086]
Also in this case, both the excitation light sources 53-2A and 53-2B have the same excitation light power, and both output excitation light of, for example, 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm). Is.
As the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-1, a fusion type having no polarization maintaining function is used, while as the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-2, an optical film type is used. It is used so that light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
[0087]
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 23, the pumping light from the pumping light source 53-1 is incident from the optical demultiplexer-multiplexer 54-1 along with the signal light from one end of the erbium-doped fiber 51. As a result, the signal light is amplified by the erbium-doped fiber 51.
In addition, the excitation light combined with the orthogonal polarization is incident from the output end of the dispersion compensating fiber 52 by the optical demultiplexer / multiplexer 54-2, and the Raman compensation is effectively generated in the dispersion compensating fiber 52. The loss compensation of the dispersion compensating fiber 52 is performed by this Raman amplification.
[0088]
Even if it does in this way, the same effect thru | or advantage as the above-mentioned 8th Embodiment is acquired.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0089]
Further, the rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber may be configured as an optical amplifying unit having a low noise figure, and the Raman optical amplifying unit made of dispersion-compensating fiber is arranged as a pre-amplifying unit. A rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber may be arranged as a subsequent-stage amplifying unit.
(9-1) Description of the first modification of the ninth embodiment
FIG. 24 is a block diagram showing a first modification of the ninth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 24 includes an isolator 55-1 and an optical demultiplexer / multiplexer 54-1 in order from the input side. , An erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber) 51, an isolator 55-2, a dispersion compensating fiber 52, a polarization maintaining optical demultiplexer-multiplexer 54-2, and an isolator 55-3. The pumping light source 53-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-1, and the non-polarization polarization combining type pumping light source 53-2 'is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-2. ing.
Here, the excitation light source 53-1 outputs, for example, 0.98 μm excitation light, and the excitation light source 53-2 ′ is depolarized (non-polarized light) with one excitation light source 53-2 A ′. And a depolarizer 53-2B ′.
[0090]
Here, the depolarizer 53-2B ′ reduces the polarization dependency in the Raman optical amplifier including the dispersion compensating fiber 52, and the polarization maintaining coupler 53- demultiplexes the pumping light from the pumping light source 53-2A ′. 2E ′, and a polarization beam combiner (PBS) 53-2C ′ that combines the polarization beams of the excitation light demultiplexed by the polarization maintaining coupler 53-2E ′ and the excitation light delayed by the delay line. ing.
Also in this case, the excitation light source 53-2A ′ outputs, for example, 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm) of excitation light.
[0091]
As the optical demultiplexer / multiplexer 54-1, a fusion type having no polarization maintaining function is used, while the optical demultiplexer / multiplexer 54-2 is also an optical film type. It is used so that light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 24, the pumping light from the pumping light source 53-1 is incident along with the signal light from one end of the erbium-doped fiber 51 from the optical demultiplexing multiplexer 54-1. As a result, the signal light is amplified by the erbium-doped phi 51.
[0092]
Further, the non-polarized pumping light is incident from the output end of the dispersion compensating fiber 52 by the optical demultiplexer / multiplexer 54-2, and the dispersion compensating fiber 52 effectively causes Raman amplification. The loss compensation of the dispersion compensating fiber 52 is performed by this Raman amplification.
In this way, it is possible to obtain the same effects or advantages as those of the ninth embodiment while reducing the polarization dependence in the dispersion compensating fiber 52.
[0093]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
Further, the rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber may be configured as an optical amplifying unit having a low noise figure, and the Raman optical amplifying unit made of dispersion-compensating fiber is arranged as a pre-amplifying unit. A rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber may be arranged as a subsequent-stage amplifying unit.
(9-2) Description of Second Modification of Ninth Embodiment
FIG. 25 is a block diagram showing a second modification of the ninth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 25 includes an isolator 55-1 and an optical demultiplexer / multiplexer 54-1 in order from the input side. , An erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber) 51, an isolator 55-2, a dispersion compensating fiber 52, a polarization maintaining optical demultiplexer-multiplexer 54-2, and an isolator 55-3. The pumping light source 53-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-1, and the modulation polarization combining type pumping light source 53-2 ″ is connected to the optical demultiplexing / multiplexing unit 54-2. ing.
Here, the excitation light source 53-1 outputs, for example, 0.98 μm excitation light, and the excitation light source 53-2 ″ includes two excitation light sources 53-2 A ″ and 53-2 B ″, A polarization beam combiner (PBS) 53-2C ″ for combining the excitation light from these excitation light sources 53-2A ″ and 53-2B ″ with orthogonal polarization, and each excitation light source 53-2A ″, 53−. 2B ″ is composed of a modulator 53-2D ″ that modulates several hundred kHz to 1 MHz.
Also in this case, the pumping light sources 53-2A ″ and 53-2B ″ both have the same pumping light power, and both pumping of, for example, 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm). It outputs light.
[0094]
As the optical demultiplexer / multiplexer 54-1, a fusion type having no polarization maintaining function is used, while the optical demultiplexer / multiplexer 54-2 is also an optical film type. It is used so that light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 25, the pumping light from the pumping light source 53-1 is incident from the optical demultiplexer-multiplexer 54-1 along with the signal light from one end of the erbium-doped fiber 51. As a result, the signal light is amplified by the erbium-doped phi 51.
[0095]
Also, the modulated light having a spectrum of several hundred kHz or higher and the orthogonal polarization combined (the spectral line width of the pump light can be widened) is generated by the optical demultiplexer / multiplexer 54-2. The light is incident from the output end of the dispersion compensating fiber 52, and the Raman compensation is effectively generated by the dispersion compensating fiber 52. The loss compensation of the dispersion compensating fiber is performed by this Raman amplification.
In this way, it is possible to obtain the same effects or advantages as those of the ninth embodiment while increasing the threshold value of stimulated Brillouin scattering and suppressing harmful nonlinear effects.
[0096]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
Further, the rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber may be configured as an optical amplifying unit having a low noise figure, and the Raman optical amplifying unit made of dispersion-compensating fiber is arranged as a pre-amplifying unit. A rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of erbium-doped fiber may be arranged as a subsequent-stage amplifying unit.
(10) Description of the tenth embodiment
FIG. 28 is a block diagram showing a tenth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 28 includes an isolator 125-1, an optical demultiplexer / multiplexer 124-1, an erbium-doped fiber (in order from the input side). Rare earth doped fiber) 121-1, isolator 125-2, silica optical fiber 122, erbium doped fiber (rare earth doped fiber) 121-2, optical demultiplexer-multiplexer 124-3, isolator 125-3. Yes. Then, for example, pump light sources 123-1 and 123-3 (first erbium) that generate pump light in the 1.47 μ band (1.45 to 1.49 μm) in the optical demultiplexers / multiplexers 124-1 and 124-3, for example. The silica-based fiber 122 coupled to the doped fiber 121-1 is pumped with, for example, 1.47 μm band pumping light, and functions as a Raman amplification pumping light source that Raman-amplifies an optical signal with the silica-based optical fiber. Is connected.
Here, the silica-based optical fiber 122 functions as a Raman optical amplifier whose amplification frequency band can be changed depending on the excitation wavelength, and the band characteristic is determined by the silica and core doping material and concentration of the host glass.
[0097]
The erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 function as rare-earth-doped fiber optical amplifiers whose amplification frequency band and its band characteristics are determined by the host glass and the core doping material (function as an optical fiber amplifier, (This optical fiber amplifier is composed of erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements, and amplifies an optical signal in a 1.47 μm band, for example).
The mode field diameter of the silica-based optical fiber 122 in the present embodiment is reduced, and the noise figure of the Raman optical amplifier composed of the silica-based optical fiber 122 is rare earth-doped fiber light composed of the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2. If the amplifier is larger than the amplifier, a rare-earth-doped fiber optical amplifier is used for the pre-amplifier, a Raman optical amplifier is used for the middle-amplifier, and a rare-earth-doped fiber optical amplifier is used for the post-amplifier with high signal light power. By connecting them in cascade, an optical fiber amplifier having low noise and a flatter band characteristic or a wide amplification frequency band is realized.
That is, a rare-earth doped fiber optical amplifier having a low noise figure (such as an erbium-doped fiber optical amplifier with 1.47 μm band excitation) is used for the pre-amplifier, and a minimal signal light is amplified in a low noise state. , Nonlinear effects that degrade the signal-to-noise ratio (SNR) (where nonlinear effects are self-phase modulation (SPM), four-wave mixing (FWM), cross-phase) In order to reduce the influence of modulation (Cross-Phase Modulation, XPM) and other effects on signal-to-noise ratio (SNR), a Raman optical amplifier using a silica-based optical fiber with low signal light power It is used for the amplification section.
[0098]
That is, the optical fiber amplifier of the present embodiment is composed of erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements, has gain characteristics depending on the wavelength, and amplifies an optical signal in the first wavelength band. The rare-earth-doped fiber optical amplifying unit and the silica-based optical fiber 122 coupled to the erbium-doped fiber 121-1 are pumped with the pumping light in the second wavelength band to compensate for the gain characteristics of the rare-earth doped fiber optical amplifying unit. Thus, the Raman amplification pumping light source 123-3 for Raman amplification of the optical signal by the silica optical fiber 122 is provided.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 28, the pumping light is incident from one end of the erbium-doped fiber 121-1 by the optical demultiplexer / multiplexer 124-1, and the erbium-doped fiber 121-1 is pumped. Then, the signal light is amplified, and the silica-based optical fiber 122 is excited by the residual pumping light generated at this time, and the Raman amplification is performed in the same manner as the dispersion compensating fiber.
Further, the pump light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 121-2 by the optical demultiplexer / multiplexer 124-3 to excite the erbium-doped fiber 121-2 to amplify the signal light, and the residual generated at this time The silica-based optical fiber 122 is excited by the excitation light and is Raman-amplified. That is, the Raman amplification pumping light source can be provided before the erbium-doped fiber optical amplifying unit 121-2.
[0099]
As described above, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 28, any of the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 and the silica-based optical fiber 122 is obtained by using the pump light sources 123-1 and 123-3 in the 1.47 μm band. Thus, the pumping light source 123-2 in the optical fiber amplifier shown in FIG. 7 can be reduced, and the simplification of the optical fiber amplifier and the efficiency of the pumping light power can be achieved.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0100]
An isolator may be provided between the silica-based optical fiber 122 and the erbium-doped fiber 121-2.
An excitation light source and an optical demultiplexer / multiplexer for the silica-based optical fiber 122 can also be provided. In this case, the optical fiber amplifier is composed of erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with a rare earth element, has a wavelength-dependent gain characteristic, and amplifies an optical signal in the 1.47 μm band. The gain characteristics of the rare earth-doped fiber optical amplifier are compensated by exciting the optical amplifier and the silica-based optical fiber 122 coupled to the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 with pump light in the 1.47 μm band. Thus, the Raman amplification pumping light sources 123-1 and 123-3 for Raman amplification of the optical signal by the silica-based optical fiber 122 are provided. Further, the wavelength band of the pumping light output from these Raman amplification pumping light sources 123-1 and 123-3 and the wavelength band of the pumping light output from the Raman amplification pumping light sources 123-1 and 123-3 are: It is selected to be substantially equal.
[0101]
That is, in the same manner as in FIG. 7, the 0.98 μm band pumping light sources 123-1 to 123-3 and the optical demultiplexer / multiplexer (pumping light from the Raman amplification pumping light sources 121-1, 123-3 are converted to silica. It functions as an optical demultiplexer that enters the system optical fiber 122.) An optical fiber amplifier may be configured using 124-1 to 124-3.
A dispersion compensating fiber may be used instead of the silica-based optical fiber 122.
(10) Description of Modification of Tenth Embodiment
FIG. 29 is a block diagram showing a modification of the tenth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 29 includes, in order from the input side, an isolator 125-1, an optical demultiplexer / multiplexer 124-1, and erbium. Doped fiber (rare earth doped fiber) 121-1, isolator 125-2, silica optical fiber 122, optical filter 126, erbium doped fiber (rare earth doped fiber) 121-2, optical demultiplexer / multiplexer 124-3, isolator 125 -3 is arranged. Then, polarization-combining pumping light sources 123-1 'and 123-3' are connected to the optical demultiplexers / multiplexers 124-1 and 124-3, respectively.
Here, the excitation light source 123-1 ′ is a polarization that combines the two excitation light sources 123-1 A ′ and 123-1 B ′ and orthogonally polarized light for the excitation light from these excitation light sources 123-1 A ′ and 123-1 B ′. The pumping light sources 123-1A 'and 123-1B' both have the same pumping light power, and are both 1.45 to 1.49 [mu] m (or 1), for example. .45 to 1.48 μm) of excitation light.
Further, the excitation light source 123-3 'is a polarized wave that combines two excitation light sources 123-3A' and 123-3B 'and orthogonally polarized light with respect to the excitation light from these excitation light sources 123-3A' and 123-3B '. Although it is composed of a synthesizer (PBS) 123-3C ', it is a pumping light source that is simply combined with orthogonal polarization in order to increase the pumping light power, so that the pumping light sources 123-3A' and 123-3B 'are pumped. The wavelength and pump light power may be different.
Further, the erbium-doped fiber 121-1 and the silica-based optical fiber 122 are firmly fixed to a bobbin or the like so that the non-polarized state of the excitation light combined with the orthogonal polarization is maintained in the silica-based optical fiber 122. By being housed in the case, it is not affected by outside air.
[0102]
The isolators 125-1 to 125-3 are polarization-independent optical isolators, and the optical filter 126 removes or flattens the ASE peak near 1.535 μm generated in the erbium-doped fiber 121-1. It is an optical filter and can be omitted.
Therefore, the optical fiber amplifier of this embodiment includes the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements and the pumping light source 123 that outputs the pumping light that pumps the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2. 1 ′, 123-3 ′, and a rare-earth doped fiber optical amplifying unit for amplifying an optical signal in a 0.98 μm band, and a silica-based optical fiber 122 coupled to erbium-doped fibers 121-1, 121-2. The pumping light source 123-1 ′ that pumps the silica-based optical fiber 122 with pumping light having a wavelength of up to 1.44 μm that is selected so that the optical signal is Raman-amplified, and the pumping light from the pumping light source 123-1 ′. An optical demultiplexer / synthesizer (optical coupler) 124-1 that enters the silica-based optical fiber 122 is provided.
With this configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 29, the 1.47 μm band excitation light is incident from one end of the erbium-doped fiber 121-1 by the optical demultiplexer / multiplexer 124-1, and the erbium-doped fiber. 121-1 is excited to amplify the signal light, and the silica-based optical fiber 122 is excited by the residual excitation light generated at this time to be Raman amplified.
Further, 1.47 μm excitation light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 121-2 by the optical demultiplexer / multiplexer 124-3 to excite and amplify the erbium-doped fiber 121-2. The silica-based optical fiber 122 is excited by the residual excitation light, and Raman amplification is performed. That is, the Raman amplification pumping light source 123-3 can be configured to be provided in front of the erbium-doped fiber optical amplifying unit 121-2.
[0103]
As described above, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 29, the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 and the silica-based optical fiber 122 are obtained by using the pump light sources 123-1 ′ and 123-3 ′ in the 1.47 μm band. In this way, the pumping light source 123-2 in the optical fiber amplifier shown in FIG. 7 can be reduced, and the optical fiber amplifier can be simplified and the pumping light power can be made more efficient. it can.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator, and the output signal light is transmitted through the optical circulator. It can be configured to be output.
[0104]
Furthermore, an excitation light source and an optical demultiplexer / multiplexer for the silica-based optical fiber 122 can be provided. In this case, the Raman amplification excitation light source may be composed of two excitation light sources and a polarization beam combiner that combines the polarization of the excitation light from these two excitation light sources.
That is, in the same manner as in FIG. 7, an optical fiber amplifier may be configured using the 0.98 μm band pumping light sources 123-1 to 123-3 and the optical demultiplexers / multiplexers 124-1 to 124-3. Good.
[0105]
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements, has a wavelength-dependent gain characteristic, and amplifies an optical signal in the 1.47 μm band. The amplifying unit and the silica-based optical fiber 122 coupled to the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 are pumped with pumping light in the 1.47 μm band, and the gain characteristics of the rare-earth doped fiber optical amplifying unit are compensated. Thus, the silica-based optical fiber 122 is provided with a Raman amplification pumping light source for Raman amplification of the optical signal.
[0106]
That is, in the same manner as in FIG. 7, an optical fiber amplifier is configured using 0.98 μm band pumping light sources 123-1 to 123-3 and optical demultiplexers 124-1 to 124-3. Also good.
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare-earth elements. For example, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit that amplifies an optical signal in a 1.47 μm band and an erbium-doped fiber 121- For example, a silica-based optical fiber 122 coupled to 1, 121-2 is pumped with, for example, a 1.47 μm-band pumping light, and a Raman amplification pumping light source (not shown) is used to Raman-amplify an optical signal with the silica-based optical fiber. That's it.
[0107]
Accordingly, the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements and the first pumping light sources 123-1 and 123-3 that output the pumping light that excites the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2. The optical signal is Raman-amplified in a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit that amplifies an optical signal in the 1.47 μm band and the silica-based optical fiber 122 coupled to the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2. A pump light source for Raman amplification that excites the silica-based optical fiber 122 with the 1.47 μm-pump pump light selected as described above, and the pump light output from the first pump light sources 123-1 and 123-3 The wavelength band and the wavelength band of the pump light output from the Raman amplification pump light sources 123-1 and 123-2 are selected to be substantially equal. become.
[0108]
The optical fiber amplifier includes erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements, and a first pumping light source 123-1 that outputs pumping light for exciting the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2. 12-3, a rare earth doped fiber optical amplifying unit for amplifying an optical signal in the first wavelength band, and an optical signal in the silica-based optical fiber 122 coupled to the erbium doped fibers 121-1, 121-2. Pumping light from the Raman amplification pumping source that excites the silica-based optical fiber 122 with pumping light having a wavelength up to 1.44 μm (˜1.44 μm) selected so as to be Raman amplified, and pumping light from the Raman amplification pumping light source May be provided with an optical demultiplexer that enters the silica-based optical fiber.
[0109]
An isolator may be provided between the silica-based optical fiber 122 and the erbium-doped fiber 121-2.
Further, instead of the silica-based optical fiber 122, a dispersion compensating fiber may be used.
[0110]
(11) Description of the eleventh embodiment
FIG. 30 is a block diagram showing an eleventh embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 30 includes an isolator 115-1, an optical demultiplexer / multiplexer 114-1, an erbium-doped fiber (in order from the input side). Rare earth doped fiber) 111, isolator 115-2, silica-based optical fiber 112, polarization maintaining optical demultiplexer-multiplexer 114-2, and isolator 115-3. The pumping light source 113-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 114-1, and the polarization beam combining type pumping light source 113-2 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 114-2.
Therefore, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 30, these rare earth-doped fiber optical amplifier and Raman optical amplifier are compensated for each other so that a flatter band characteristic or a wide amplification frequency band can be obtained. A rare-earth-doped fiber optical amplifier having a low noise figure (such as an erbium-doped fiber optical amplifier with 0.98 μm band pumping or 1.47 μm band pumping) is used for the pre-amplifier and a silica-based optical fiber is used for the post-amplifier. By connecting them in series using a Raman optical amplifier, the optical fiber amplifier has a flat band characteristic having a low noise characteristic or a wide amplification frequency band. That is, the Raman amplification pumping light source 113-1 can also be configured to be provided in front of the rare earth-doped fiber optical amplification unit 111.
That is, when the noise figure of the Raman optical amplifier is larger than that of the rare-earth doped fiber optical amplifier, the rare-earth doped fiber optical amplifier is used in the former stage amplification section and the Raman optical amplifier is used in the subsequent stage amplification section. By connecting to, a low-noise optical fiber amplifier is realized.
[0111]
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element, for example, in the 0.98 μm band. With excitation light A rare-earth-doped fiber optical amplifying unit for amplifying an optical signal and a silica-based optical fiber 112 coupled to the erbium-doped fiber 111 are excited with, for example, 1.47 μm band excitation light, and the silica-based optical fiber 112 converts the optical signal to Raman. A Raman amplification excitation light source 113-2 to be amplified is provided.
[0112]
Accordingly, this optical fiber amplifier has an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element and a pumping light source 113-1 that outputs pumping light that pumps the erbium-doped fiber 111, and has a wavelength band of 0.98 μm. With excitation light An optical amplifier for amplifying an optical signal, and a silica-based optical fiber with pumping light having a wavelength of 1.47 μm selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the erbium-doped fiber 111 A pumping light source 113-2 for exciting Raman amplification 112, a wavelength band of the pumping light output from the pumping light source 113-1, and a wavelength band of the pumping light output from the pumping light source 113-2 for Raman amplification. Will be chosen differently.
[0113]
Here, the wavelength band of the pumping light output from the pumping light source 113-1 is 0.98 μm, and the wavelength of the pumping light output from the Raman amplification pumping light source 113-2 is 1.45 μm to 1.49 μm. It is in the wavelength band.
Further, the excitation light source 113-1 outputs, for example, 0.98 μm excitation light, and the excitation light source 113-2 includes two excitation light sources 113-2 A and 113-2 B, and these excitation light sources 113-2 A, It comprises a polarization beam combiner (PBS) 113-2C that performs orthogonal polarization combining on the excitation light from 113-2B.
[0114]
Therefore, the Raman amplification pumping light source 113-2 has two pumping light sources 113-2A and 113-2B, and a polarization beam combiner that combines the pumping light from the two pumping light sources 113-2A and 113-2B. 113-2C. Also in this case, both the excitation light sources 113-2A and 113-2B have the same excitation light power, and both output excitation light of, for example, 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm). Is.
As the optical demultiplexer / multiplexer 114-1, a fusion type without polarization maintaining function is used, while as the optical demultiplexer / multiplexer 114-2, an optical film type is used. It is used so that light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
[0115]
With this configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 30, the pumping light from the pumping light source 113-1 is incident from the optical demultiplexer / multiplexer 114-1 from one end of the erbium-doped fiber 111 together with the signal light. As a result, the signal light is amplified by the erbium-doped phi 111.
Further, the excitation light combined with the orthogonal polarization is incident from the output end of the silica-based optical fiber 112 by the optical demultiplexer-multiplexer 114-2, and Raman amplification is effectively generated in the silica-based optical fiber 112. Then, loss compensation of the silica-based optical fiber 112 is performed by this Raman amplification.
[0116]
Even if it does in this way, the effect thru | or advantage similar to above-mentioned 9th Embodiment are acquired.
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
[0117]
An excitation light source that generates excitation light in the 1.47 μm band may be provided, and this excitation light source may be used as both a silica-based optical fiber excitation light source and an erbium-doped fiber excitation light source.
That is, it has an erbium-doped fiber 111 to which a rare earth element is added and a first excitation light source 113-1 that outputs excitation light for exciting the erbium-doped fiber 111, and has a 0.98 μm band. With excitation light A rare earth-doped fiber optical amplifying unit for amplifying an optical signal and a silica-based pump light of 1.47 μm band selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the erbium-doped fiber 111 A Raman amplification excitation light source 113-2 for exciting the optical fiber 112 is provided. Even if the wavelength band of the pumping light output from the first pumping light source 113-1 is selected so that the wavelength band of the pumping light output from the Raman amplification pumping light source 113-2 is substantially equal. Good.
[0118]
Therefore, the optical fiber amplifier has an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element and a first pumping light source 113-1 that outputs pumping light that pumps the erbium-doped fiber 111, and an optical signal in the first wavelength band. A wavelength up to 1.44 μm (˜1.44 μm) selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the rare earth-doped fiber optical amplifying unit and the erbium-doped fiber 111. A pump light source for Raman amplification 113-2 that pumps the silica-based optical fiber 112 with the pump light of the same wavelength, and an optical demultiplexer synthesizer 114- that makes the pump light from the Raman-amplification pump light source 113-2 incident on the silica-based optical fiber 112- 2 may be provided.
[0119]
Therefore, the optical fiber amplifier is composed of an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element, has a wavelength-dependent gain characteristic, and is in a 0.98 μm band. With excitation light A rare earth doped fiber optical amplifying unit for amplifying an optical signal and a silica-based optical fiber 112 coupled to the erbium doped fiber 111 are pumped with excitation light in the second wavelength band, and the gain characteristics of the rare earth doped fiber optical amplifying unit May be provided with a Raman amplification pumping light source 53-2 for Raman amplification of the optical signal by the silica-based optical fiber 112 so as to compensate for the above.
When a high output cannot be obtained by the Raman optical amplifier, a Raman optical amplifier composed of a silica-based optical fiber or a dispersion compensating fiber is used for the input-side amplifier (pre-stage amplifier), and the output-side amplifier ( These are connected in cascade using a rare-earth doped fiber optical amplifier made of erbium-doped fiber in the subsequent stage amplification unit).
In particular, when the pump wavelength of the pump light source for the Raman optical amplifier is about 1.44 μm, the gain depression generated in the vicinity of about 1.54 μm in the rare-earth doped fiber optical amplifier can be compensated by Raman light amplification. When the pumping wavelength of the pumping light source for the amplifier is about 1.46 μm, the decrease in gain occurring on the longer wavelength side than about 1.57 μm in the rare earth-doped fiber optical amplifier can be compensated by Raman optical amplification. The bandwidth characteristics of the amplifier can be further flattened or increased.
Furthermore, in order to reduce the pumping light power (threshold pumping light power) at which the gain of the Raman optical amplifier using the silica-based optical fiber or the dispersion compensating fiber starts to be generated, the silica-based optical fiber having a reduced mode field diameter is used. In order to reduce the influence of the non-linear effect that has become larger because the mode field diameter has been reduced, a Raman optical amplifier comprising a silica-based optical fiber is used for the input-side amplification unit (pre-stage amplification unit) with low signal light power. In addition, a rare-earth doped fiber optical amplifier made of erbium-doped fiber is used for the output side amplifying part (the latter stage amplifying part) having a large signal light power, and these are connected in cascade, so that the optical fiber amplifier has a further flat band. It is also possible to have a characteristic or a wide amplification frequency band.
(11-1) Description of First Modification of Eleventh Embodiment
FIG. 31 is a block diagram showing a first modification of the eleventh embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 31 includes an isolator 115-1 and an optical demultiplexer / multiplexer 114-1 in order from the input side. , An erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber) 111, an isolator 115-2, a silica-based optical fiber 112, a polarization maintaining optical demultiplexer-multiplexer 114-2, and an isolator 115-3. The pumping light source 113-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 114-1, and the non-polarization polarization combining type pumping light source 113-2 'is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 114-2. ing.
Here, the excitation light source 113-1 outputs, for example, 0.98 μm excitation light, and the excitation light source 113-2 ′ depolarizes the excitation light (excitation light) with one excitation light source 113-2A ′. And a depolarizer 113-2B ′ for depolarizing the light.
[0120]
The depolarizer 113-2B ′ is for reducing the polarization dependence in the Raman optical amplifier composed of the silica-based optical fiber 112. The polarization maintaining coupler 113- demultiplexes the pump light from the pump light source 113-2A ′. 2E ′ and a polarization beam combiner (PBS) 113-2C ′ that combines the polarization beams of the excitation light demultiplexed by the polarization maintaining coupler 113-2E ′ and the excitation light delayed by the delay line. ing.
Also in this case, the excitation light source 113-2A ′ outputs, for example, 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm) excitation light.
[0121]
As the optical demultiplexer / multiplexer 114-1, a fusion type that does not have the function of maintaining polarization is used, while the optical demultiplexer / multiplexer 114-2 is also an optical film type. It is used so that light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 31, the pumping light from the pumping light source 113-1 is incident from the optical demultiplexer / multiplexer 114-1 along with the signal light from one end of the erbium-doped fiber 111. As a result, the signal light is amplified by the erbium-doped phi 111.
[0122]
Further, the non-polarized pumping light is incident from the output end of the silica optical fiber 112 by the optical demultiplexer / multiplexer 114-2, and Raman amplification is effectively generated in the silica optical fiber 112. Then, loss compensation of the silica-based optical fiber 112 is performed by this Raman amplification.
By doing this, it is possible to obtain the same effects or advantages as those of the eleventh embodiment while reducing the polarization dependency in the silica-based optical fiber 112.
[0123]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
That is, this optical fiber amplifier has an erbium-doped fiber 111 to which a rare earth element is added and a first pumping light source 113-1 that outputs pumping light that pumps the erbium-doped fiber 111, and has a wavelength band of 0.98 μm. Silica with a 1.47 μm pumping light of a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the rare-earth doped fiber 111 and the erbium-doped fiber 111 for amplifying the optical signal. A Raman amplification pumping light source 113-2 for pumping the system optical fiber 112 is provided.
[0124]
The wavelength band of the excitation light output from the first excitation light source 113-1 and the wavelength band of the excitation light output from the Raman amplification excitation light source 113-2 are selected to be different. Here, the wavelength band of the pumping light output from the first pumping light source 113-1 is a 0.98 μm band, and the wavelength of the pumping light output from the Raman amplification pumping light source 113-2 is 1.45 μm to 1. It is in the wavelength band of .49 μm.
[0125]
That is, a rare earth doped fiber having an erbium doped fiber 111 doped with a rare earth element and a first excitation light source 113-1 that outputs excitation light for exciting the erbium doped fiber 111, and amplifies an optical signal in a 0.98 μm band. Raman amplification that excites the silica-based optical fiber 112 with 1.47 μm-band pumping light selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the optical amplification unit and the erbium-doped fiber 111 The excitation light source 113-2 is provided, and the wavelength band of the excitation light output from the first excitation light source 113-1 and the wavelength band of the excitation light output from the Raman amplification excitation light source 113-2 are substantially equal. Is selected to be equal to.
An excitation light source that generates excitation light in the 1.47 μm band may be provided, and this excitation light source may be used as both a silica-based optical fiber excitation light source and an erbium-doped fiber excitation light source.
[0126]
Therefore, the optical fiber amplifier has an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element and a first pumping light source 113-1 that outputs pumping light that pumps the erbium-doped fiber 111, and an optical signal in the first wavelength band. A wavelength up to 1.44 μm (˜1.44 μm) selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the rare earth-doped fiber optical amplifying unit and the erbium-doped fiber 111. A pump light source for Raman amplification 113-2 that pumps the silica-based optical fiber 112 with the pump light of the same wavelength, and an optical demultiplexer synthesizer 114 that makes the pump light from the Raman-pumped light source 113-2 incident on the silica-based optical fiber 112- 2 may be provided.
[0127]
(11-2) Description of Second Modification of Eleventh Embodiment
FIG. 32 is a block diagram showing a second modification of the eleventh embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 32 includes an isolator 115-1 and an optical demultiplexer / multiplexer 114-1 in order from the input side. , An erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber) 111, an isolator 115-2, a silica-based optical fiber 112, a polarization maintaining optical demultiplexer-multiplexer 114-2, and an isolator 115-3. The pumping light source 113-1 is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 114-1, and the modulation polarization combining type pumping light source 113-2 ″ is connected to the optical demultiplexing / multiplexing device 114-2. ing.
Here, the excitation light source 113-1 outputs, for example, 0.98 μm excitation light, and the excitation light source 113-2 ″ includes two excitation light sources 113-2 A ″ and 113-2 B ″, A polarization beam combiner (PBS) 113-2C ″ for combining the excitation light from these excitation light sources 113-2A ″ and 113-2B ″ with orthogonal polarization, and each excitation light source 113-2A ″, 113−. It comprises a modulator 113-2D ″ that modulates 2B ″ from several hundred kHz to 1 MHz.
Also in this case, the pumping light sources 113-2A ″ and 113-2B ″ both have the same pumping light power, and both pumping of 1.45 to 1.49 μm (or 1.45 to 1.48 μm), for example. It outputs light.
[0128]
As the optical demultiplexer / multiplexer 114-1, a fusion type that does not have the function of maintaining polarization is used, while the optical demultiplexer / multiplexer 114-2 is also an optical film type. It is used so that light can be multiplexed or demultiplexed while maintaining the polarization state.
Therefore, the optical fiber amplifier has an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element and a first pumping light source 113-1 that outputs pumping light that pumps the erbium-doped fiber 111, and an optical signal in the first wavelength band. A wavelength up to 1.44 μm (˜1.44 μm) selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 112 coupled to the rare earth-doped fiber optical amplifying unit and the erbium-doped fiber 111. A pump light source for Raman amplification 113-2 that pumps the silica-based optical fiber 112 with the pump light of the same wavelength, and an optical demultiplexer synthesizer 114 that makes the pump light from the Raman-pumped light source 113-2 incident on the silica-based optical fiber 112- 2 may be provided.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 32, the pumping light from the pumping light source 113-1 is incident together with the signal light from one end of the erbium-doped fiber 111 from the optical demultiplexing multiplexer 114-1. As a result, amplification is performed by the erbium-doped phi 111.
[0129]
Also, the modulated light having a spectrum of several hundred kHz or higher and the orthogonally polarized combined light (which can widen the spectral line width of this pumped light) is transmitted by the optical demultiplexer / multiplexer 114-2. The light is incident from the output end of the silica-based optical fiber 112 and the silica-based optical fiber 112 effectively causes Raman amplification. Then, loss compensation of the silica-based optical fiber 112 is performed by this Raman amplification.
In this way, the same effect or advantage as that of the eleventh embodiment can be obtained while increasing the threshold value of stimulated Brillouin scattering and suppressing harmful nonlinear effects.
[0130]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
An excitation light source that generates excitation light in the 1.47 μm band may be provided, and this excitation light source may be used as both a silica-based optical fiber excitation light source and an erbium-doped fiber excitation light source.
[0131]
(12) Description of the twelfth embodiment
FIG. 35 is a block diagram showing a twelfth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 35 includes, in order from the input side, an isolator 65-1, an optical demultiplexer / multiplexer 64, an erbium-doped fiber (rare earth doped). A fiber amplifying unit 61, a dispersion compensating fiber 62 (optical fiber attenuating unit), and an isolator 65-3 are disposed. An excitation light source 63 is connected to the optical demultiplexer / multiplexer 64.
Here, the excitation light source 63 generates excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example.
[0132]
Moreover, in rare earth doped fiber optical amplifiers with high gain, unnecessary oscillation may occur when performing optical amplification. If such unnecessary oscillation occurs, the rare earth doped fiber optical amplifier operates in an unstable manner. To do.
For example, in an erbium-doped fiber optical amplifier, spontaneous emission light (ASE) of 1.53 to 1.57 μm is generated during optical amplification, and this ASE is reflected at a reflection point in the erbium-doped fiber optical amplifier. Since it repeats, unnecessary oscillation may occur. In particular, an erbium-doped fiber optical amplifier adjusted for multi-wavelength simultaneous amplification (that is, an erbium-doped fiber optical amplifier with a high excitation rate) has a high gain in the vicinity of 1.53 μm. Therefore, unnecessary oscillation easily occurs at this wavelength. When such unnecessary oscillation occurs, the erbium-doped fiber optical amplifier operates in an unstable manner.
In order to suppress such unstable operation, it is effective to provide a medium for losing (attenuating) signal light (this is called a loss medium) (this principle will be described later).
[0133]
In the optical fiber amplifier as shown in FIG. 35, the dispersion compensating fiber 62 is pumped by the residual pumping light incident through the erbium doped fiber 61, and the loss (attenuation) of the signal light in the dispersion compensating fiber 62 is compensated. However, in practice, it is difficult to compensate for all losses, and a certain amount of loss remains, so that the dispersion compensating fiber 62 functions as a loss medium.
Here, the principle of suppressing unstable operation by providing a lossy medium will be described.
[0134]
In general, the gain of the erbium-doped fiber is G, and the reflectances at both ends (front end and rear end) of the erbium-doped fiber are R1 and R2, respectively (where the reflectance R1 is all of the upstream stages of the erbium-doped fiber. The reflectance of the reflection from the component, and the reflectance R2 is the reflectance of the reflection from all components subsequent to the rear end of the erbium-doped fiber). ) ^1/2 ], GR can be used as a measure of the stability of the operation of the erbium-doped fiber. When the GR is large, the erbium-doped fiber operates in an unstable manner. In particular, when the GR is 1 or more, the erbium-doped fiber oscillates. For this reason, it is necessary to make GR small, and specifically, GR becomes 0.02 or less as a standard.
As shown in FIG. 35, the dispersion compensation fiber 62 [the loss of this dispersion compensation fiber 62 is represented by η () on the output side of the erbium doped fiber 61 (the gain of the erbium doped fiber 61 is G)) 0 ≦ η ≦ 1)] is provided, for example, by fusion splicing, a boundary A is generated between the erbium-doped fiber 61 and the dispersion compensating fiber 62.
At this time, as shown in FIG. 35, the reflectance at the rear end of the erbium doped fiber 61 is R1, and the reflectance at the front end of the dispersion compensating fiber 62 is R2. (Reflectance R2 is the reflectivity of reflection from all components subsequent to the rear end of the dispersion compensating fiber 62). Further, when the reflectance of reflection caused by the difference in refractive index at the boundary A between the erbium-doped fiber 61 and the dispersion compensating fiber 62 is RA (RA << R1, R2; this condition is satisfied if the loss medium is an optical fiber). The parameter indicating the operational stability of the erbium-doped fiber is changed from GR to (Gη) R. That is, GR is considered to be a one-way gain when light makes a round. When a loss medium is provided, the net gain when light makes a round is (R1 × G × η) × (R2 × η × G) = (Gη) ² Since it is R1R2, the net gain in one way is Gη (R1R2) ^1/2 = (Gη) R. Since RA << R1 and R2, the influence of the reflectance RA can be ignored. Here, since 0 ≦ η ≦ 1, GR is equivalently reduced.
Thus, by providing the loss medium, the parameter GR indicating the stability of the operation of the erbium-doped fiber is reduced, so that unstable operation of the erbium-doped fiber 61 can be suppressed.
[0135]
In the optical fiber amplifier according to the present embodiment, as shown in FIG. 35, a dispersion compensating fiber 62 is provided at the subsequent stage of the erbium doped fiber 61, and this dispersion compensating fiber 62 is used with residual pumping light from the erbium doped fiber 61. By performing excitation, the loss compensation of the dispersion compensating fiber 62 (including the flattening of the gain depression of the erbium-doped fiber 61 and the compensation compensation for the decrease in the gain of the erbium-doped fiber 61) is performed simultaneously with the remaining loss. Thus, the unstable operation of the erbium-doped fiber 61 is suppressed.
With such an arrangement, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 35, the pumping light and the signal light are incident from one end of the erbium doped fiber 61 by the optical demultiplexer / multiplexer 64 to excite the erbium doped fiber 61, and the signal Although the light is amplified, the residual excitation light reaches the other end of the erbium-doped fiber 61. Thereafter, the residual pumping light is supplied to the dispersion compensating fiber 62 to cause Raman amplification.
In this way, amplification using both fibers can be performed by using a common pumping light source for the erbium-doped fiber and the dispersion compensating fiber.
[0136]
That is, the excitation wavelength band when Raman-amplifying 1.55 μm band signal light is the 1.47 μm band (1.45-1.49 μm) which is the excitation wavelength band of the erbium-doped fiber (EDF), Therefore, Raman amplification can be performed using the residual pumping light power when the EDF is pumped with 1.47 μm band light. Thus, the loss of the dispersion compensating fiber 62 can be compensated while performing optical amplification with the erbium doped fiber 61.
As a result, similar to the seventh embodiment described above, the unevenness of the wavelength characteristics of the erbium-doped fiber amplifier can be flattened to realize a broadband optical amplifier, which is suitable for performing multi-wavelength collective amplification, etc. Since only one excitation light source is required, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
[0137]
Further, in this optical fiber amplifier, the unstable operation of the erbium-doped fiber 61 is simultaneously suppressed by the loss of the dispersion compensating fiber 62, whereby the rare earth adjusted for wavelength multiplexing (WDM). Unnecessary oscillation operation in the doped fiber optical amplifier can be prevented and stable optical amplification can be performed.
When the excitation light source 63 generates 0.98 μm excitation light, the dispersion compensation fiber 62 does not perform Raman amplification, and therefore the loss compensation of the dispersion compensation fiber 62 is not performed.
[0138]
Further, in an optical fiber such as a dispersion compensating fiber, there is reflection due to Rayleigh backscattering. The reflectance of this reflection depends on the length of the optical fiber, and the reflectance of this reflection increases as the length of the optical fiber increases.
Therefore, when the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering of the dispersion compensation fiber itself is larger than the effect of reducing the reflectance due to the loss of the dispersion compensation fiber as described above, an optical isolator may be added to the dispersion compensation fiber. Conceivable.
[0139]
For example, in FIG. 35, this optical isolator can be provided between the erbium-doped fiber 61 and the dispersion compensating fiber 62. In this way, when the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering appears, the reflectance is always increased. Can be reduced.
Furthermore, in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator, and the output signal light is transmitted through the optical circulator. It can also be configured to output.
The pumping light source 63 may be composed of two pumping light sources and a polarization beam synthesizer that performs orthogonal polarization synthesis on the pumping light from these pumping light sources. The pumping light source and the depolarizer combine the pumping light. May be configured to depolarize, and may be configured to generate modulated excitation light.
[0140]
(12-1) Description of First Modification of Twelfth Embodiment
FIG. 36 is a block diagram showing a first modification of the twelfth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 36 includes an isolator 115-1 and an optical demultiplexer / multiplexer 114-1 in order from the input side. , An erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber amplifier) 111, a silica-based optical fiber 112 (optical fiber attenuator), and an isolator 115-3. The pumping light source 113-1 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 114-1.
The pumping light source 113-1 outputs pumping light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example, and the optical demultiplexer / multiplexer 114-1 is, for example, a fusion type. Things are used.
[0141]
As described in the above twelfth embodiment, in the rare earth doped fiber optical amplifier having a high gain, unnecessary oscillation may occur when optical amplification is performed. When such unnecessary oscillation occurs, Rare earth doped fiber optical amplifiers operate unstable.
36, similarly to the case of the optical fiber amplifier shown in FIG. 35, a silica-based optical fiber 112 as a loss medium is provided at the subsequent stage of the erbium-doped fiber 111 as the rare earth-doped fiber optical amplifier. By providing this, the unstable operation of the erbium-doped fiber 111 is suppressed. Also in FIG. 36, R1, R2, and RA represent the reflectance, and A represents the boundary.
Similarly to the eleventh embodiment described above, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 36, the silica-based optical fiber 112 is provided at the rear stage of the erbium-doped fiber 111, and the silica-based optical fiber 112 is made to remain from the erbium-doped fiber 111. By performing excitation compensation with the pumping light, loss compensation of the silica-based optical fiber 112 (including flattening of the gain dent of the erbium-doped fiber 111 and compensation for reduction in gain of the erbium-doped fiber 111) is performed at the same time. The unstable operation of the erbium-doped fiber 111 is suppressed by the loss.
[0142]
Therefore, the optical fiber amplifier of the present embodiment is composed of an erbium-doped fiber 111 doped with a rare earth element, has a wavelength-dependent gain characteristic, and amplifies an optical signal in a 1.47 μm band. Then, the silica-based optical fiber 112 coupled to the erbium-doped fiber 111 is pumped with the pumping light in the second wavelength band so that the gain characteristics of the erbium-doped fiber optical amplifier are compensated. A Raman amplification pumping light source 113-1 for Raman amplification of the optical signal is provided.
With this configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 36, the pumping light from the pumping light source 113-1 is incident on the one end of the erbium-doped fiber 111 from the optical demultiplexing multiplexer 114-1 together with the signal light. . As a result, the signal light is amplified by the erbium-doped phi 111.
Further, the silica-based optical fiber 112 is excited by using the residual pumping light generated at this time, so that Raman amplification is performed in the same manner as the dispersion compensating fiber, and loss compensation of the silica-based optical fiber 112 is performed by this Raman amplification.
[0143]
As described above, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 36, by using the pumping light source 113-1 in the 1.47 μm band, both the erbium-doped fiber 111 and the silica-based optical fiber 112 can be pumped. The simplification of the optical fiber amplifier and the efficiency of the pumping light power can be achieved.
Further, in this optical fiber amplifier, unnecessary oscillation generated by the erbium-doped fiber 111 is simultaneously removed by the loss of the silica-based optical fiber 112, thereby adjusting for wavelength multiplexing (WDM). An unnecessary oscillation operation in the rare earth-doped fiber optical amplifier can be prevented and stable optical amplification can be performed.
Note that when the pumping light source 113-1 generates pumping light of 0.98 μm, the silica-based optical fiber 112 does not perform Raman amplification, and therefore the loss compensation of the silica-based optical fiber 112 is not performed.
In addition, reflection due to Rayleigh backscattering exists in optical fibers such as silica-based optical fibers. The reflectance of this reflection depends on the length of the optical fiber, and the reflectance of this reflection increases as the length of the optical fiber increases.
[0144]
Therefore, an optical isolator is added to the silica optical fiber when the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering of the silica optical fiber itself is larger than the effect of reducing the reflectance due to the loss of the silica optical fiber as described above. It is possible to do.
For example, in FIG. 36, this optical isolator can be provided between the erbium-doped fiber 111 and the silica-based optical fiber 112. In this way, when the influence of reflectance due to Rayleigh backscattering appears, the optical isolator is always reflected. The rate can be reduced.
[0145]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
(12-2) Description of Second Modification of Twelfth Embodiment
FIG. 37 is a block diagram showing a second modification of the twelfth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 37 includes an isolator 65-1 and an optical demultiplexer-multiplexer 64-1 in order from the input side. , Erbium-doped fiber (pre-stage optical amplifier configured as a rare-earth-doped fiber amplifier) 61-1, dispersion-compensating fiber 62 (optical fiber attenuator), erbium-doped fiber (rear-stage optical amplifier configured as a rare-earth-doped fiber amplifier) Part) 61-2, an optical demultiplexer-multiplexer 64-2, and an isolator 65-3. The excitation light source 63-1 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 64-1, and the excitation light source 63-2 is connected to the optical demultiplexer-multiplexer 64-2.
Here, both the excitation light sources 63-1 and 63-2 generate excitation light in a 1.47 μm band (1.45 to 1.49 μm), for example.
[0146]
As described in the above twelfth embodiment, in the rare earth doped fiber optical amplifier having a high gain, unnecessary oscillation may occur when optical amplification is performed. When such unnecessary oscillation occurs, Rare earth doped fiber optical amplifier operates unstable.
In the optical fiber amplifier according to the twelfth embodiment shown in FIG. 35, by providing a dispersion compensating fiber 62 as a loss medium at the subsequent stage of the erbium doped fiber 61 as the rare earth doped fiber optical amplifier, the erbium doped fiber 61 is provided. Unstable operation is suppressed.
[0147]
However, when the gain G of the erbium-doped fiber 61 is very large, the GR parameter constituted by the reflectance R1, the gain G, and the reflectance RA is large (because the gain G of the erbium-doped fiber 61 is very large, Although the influence of the reflectance RA cannot be ignored despite RA << R1 and R2, the effect of the loss η does not appear even if the dispersion compensating fiber 62 is provided in the subsequent stage, and the erbium-doped fiber 61 is not effective. Stable operation may not be suppressed.
Therefore, even in such a case, in order to suppress the unstable operation of the erbium-doped fiber 61, the erbium-doped fiber 61 is divided into front and rear erbium-doped fibers, and a dispersion compensating fiber 62 is disposed between them. The one is the optical fiber amplifier shown in FIG.
[0148]
The principle of suppression of unstable operation at this time will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 37, between the erbium doped fibers 61-1 and 61-2 (the gains of the erbium doped fibers 61-1 and 61-2 are set to G / 2, respectively), the dispersion compensating fiber 62 [this dispersion compensating If the loss of the fiber 62 is η (0 ≦ η ≦ 1), for example, by fusion splicing, a boundary A ′ is generated between the erbium-doped fiber 61-1 and the dispersion compensating fiber 62, A boundary B ′ is generated between the dispersion compensating fiber 62 and the erbium doped fiber 61-2.
Further, the reflectance at the front end of the erbium-doped fiber 61-1 is R1 ', the reflectance at the rear end of the erbium-doped fiber 61-2 is R2', and the reflectance at the boundary A 'is RA' (RA '<< R1 ′, R2 ′), and the reflectance at the boundary B ′ is RB ′ (RB ′ << R1 ′, R2 ′). Here, the reflectivity R1 ′ is the reflectivity of reflection from all components preceding the front end of the erbium-doped fiber 61-1, and the reflectivity R2 ′ is subsequent to the rear end of the erbium-doped fiber 61-2. This is the reflectance of reflection from all parts. Further, the reflectance RA ′ is the reflectance of reflection caused by the difference in refractive index at the boundary A ′, and the reflectance RB ′ is the reflectance of reflection caused by the difference in refractive index at the boundary B ′.
Possible GR parameters at this time are: (1) GR parameter composed of the reflectance R1 ′, the gain G / 2 of the erbium-doped fiber 61-1 and the reflectance RA ′, and (2) the reflectance R1 ′, erbium-doped. GR parameter composed of gain G / 2 of fiber 61-1, loss η and reflectivity RB ', (3) reflectivity R1', gain G / 2 of erbium doped fiber 61-1, loss η, erbium doped fiber A GR parameter composed of a gain G / 2 of 61-2 and a reflectance R2 '; (4) composed of a reflectance RA', a loss η, a gain G / 2 of the erbium-doped fiber 61-2 and a reflectance R2 '. (5) the reflectance RB ′, the gain G / 2 of the erbium-doped fiber 61-2, and the reflectance R2 ′.
Here, regarding (1), since the gain of the erbium-doped fiber 61 shown in FIG. 35 is G, GR = G (R1RA) ^1/2 On the other hand, in the erbium-doped fiber 61-1 shown in FIG. 37, the gain is G / 2 and half the gain G of the erbium-doped fiber 61 shown in FIG. 35. Therefore, GR = (G / 2 ) (R1RA) ^1/2 (RA ′ = RA), which is half of the GR of the erbium-doped fiber 61 shown in FIG.
As for (2), in the erbium-doped fiber 61-1, since there is a loss η (0 ≦ η ≦ 1) in the subsequent stage, as in the case of the twelfth embodiment, when the light makes a round, The gain is [R1 ′ × (G / 2) × η] × [RB ′ × η × (G / 2)] = [(G / 2) η] ² Since R1′RB ′, the net gain in one way is (G / 2) η (R1′RB ′) ² It becomes. Here, since 0 ≦ η ≦ 1 and RB ′ = RB, GR is equivalently reduced. Further, since RA′≈RB ′, the GR parameter is further smaller than in the case of (1), and the GR at this time can be ignored.
As for (3), since there is a loss η (0 ≦ η ≦ 1) between the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2, as in the case of the twelfth embodiment, The net gain is [R1 ′ × (G / 2) × η] × [R2 ′ × η × (G / 2)] = [(G / 2) η] ² Since R1′R2 ′, the net gain in one way is (G / 2) η (R1′R2 ′) ^1/2 = [(G / 2) η] R, and the parameter indicating the operational stability of the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 is changed from (G / 2) R to [(G / 2) η] R. . Since RA ′ << R1 ′, R2 ′ and RB ′ << R1 ′, R2 ′, the influence of the reflectance RA ′ and the reflectance RB ′ can be ignored. Here, since 0 ≦ η ≦ 1, GR is equivalently reduced.
Note that (4) and (5) are the same as those for (2) and (1), respectively.
[0149]
Therefore, when the gain G of the erbium-doped fiber 61 shown in FIG. 35 is very large, the erbium-doped fiber 61 operates in an unstable manner because the GR parameters of R1, G, and RA are large. 61 is divided into erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 at the front and rear stages as shown in FIG. 37, and a dispersion compensating fiber 62 as a loss medium is disposed between them, so that (1) and With respect to (5), the GR parameter can be reduced, thereby suppressing the unstable operation of the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2.
Therefore, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 37, the dispersion compensating fiber 62 is disposed between the erbium doped fibers 61-1 and 61-2, and the dispersion compensating fiber 62 is used as the erbium doped fibers 61-1 and 61. -2 is compensated for by loss compensation of the dispersion compensating fiber 62 (flattening of gain cavities of the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 and erbium-doped fibers 61-1 and 61-2). In addition, the unstable operation of the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 is suppressed by the remaining loss.
With such an arrangement, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 37, the pumping light and the signal light are incident from the input end of the erbium-doped fiber 61-1 by the optical demultiplexer-multiplexer 64-1, and the erbium-doped fiber 61 is obtained. -1 is excited to amplify the signal light. At this time, the residual excitation light reaches the other end of the erbium-doped fiber 61-1. This residual pumping light is supplied to the dispersion compensating fiber 62 to cause Raman amplification.
The pumping light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 61-2 by the optical demultiplexer-multiplexer 64-2, to excite the erbium-doped fiber 61-2, and input from the input end of the erbium-doped fiber 61-2. The amplified signal light is also amplified. At this time, the residual pumping light still reaches the input end of the erbium-doped fiber 61-2. This residual pumping light is also supplied to the dispersion compensating fiber 62 to cause Raman amplification.
In this case, since the dispersion compensating fiber 62 is Raman-amplified using the residual pumping light from the front and rear erbium-doped fibers 61-1 and 61-2, the compensation effect by the dispersion compensating fiber 62 can be increased. A broadband optical amplifier can be realized while simplifying the structure and reducing the cost.
[0150]
Further, in this optical fiber amplifier, unnecessary oscillation generated by the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 is also simultaneously removed by the loss of the dispersion compensating fiber 62, whereby wavelength multiplexing ( Unnecessary oscillation operation in the rare earth-doped fiber optical amplifier adjusted for WDM) can be prevented, and stable optical amplification can be performed with little noise.
When the excitation light sources 63-1 and 63-2 generate excitation light of 0.98 μm, the dispersion compensation fiber 62 does not perform Raman amplification, and therefore the loss compensation of the dispersion compensation fiber 62 is not performed.
[0151]
Further, in an optical fiber such as a dispersion compensating fiber, there is reflection due to Rayleigh backscattering. The reflectance of this reflection depends on the length of the optical fiber, and the reflectance of this reflection increases as the length of the optical fiber increases.
Therefore, when the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering of the dispersion compensation fiber itself is larger than the effect of reducing the reflectance due to the loss of the dispersion compensation fiber as described above, an optical isolator may be added to the dispersion compensation fiber. Conceivable.
[0152]
For example, in FIG. 37, this optical isolator can be provided between the erbium-doped fiber 61-1 and the dispersion compensating fiber 62. In this way, whenever the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering appears, The reflectance can be reduced.
Furthermore, in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator, and the output signal light is transmitted through the optical circulator. It can also be configured to output.
Also, an excitation light source and an optical demultiplexer / multiplexer for the dispersion compensating fiber 62 can be provided. That is, an optical fiber amplifier may be configured using the pumping light sources 133-1 to 133-3 and the optical demultiplexers / multiplexers 134-1 to 134-3 in the same manner as in FIG.
[0153]
Further, a silica-based optical fiber may be used instead of the dispersion compensating fiber 62.
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of an erbium-doped fiber 61-1 doped with a rare-earth element, and is coupled to, for example, a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit that amplifies an optical signal in a 0.98 μm band and the erbium-doped fiber 61-1. A silica-based optical fiber (not shown) is pumped with, for example, 1.47 μm-band pumping light, and Raman amplification pumping light sources 63-1 and 63-2 for Raman amplification of the optical signal with the silica-based optical fiber are provided. Also good.
[0154]
Further, erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements and first excitation light sources 63-1 and 63-2 that output excitation light for exciting the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 are provided. The optical signal is Raman-amplified in a rare earth-doped fiber optical amplifying unit that amplifies an optical signal in the 1.47 μm band and a silica-based optical fiber coupled to the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2. A pumping light source 63-2 for Raman amplification that excites the silica-based optical fiber with the selected pumping light in the 1.47 μm band, and the wavelength of the pumping light output from the first pumping light sources 63-1 and 63-3 The band may be selected so that the wavelength band of the pumping light output from the Raman amplification pumping light source 63-2 is substantially equal.
[0155]
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of erbium doped fibers 61-1 and 61-2 doped with rare earth elements, has a wavelength-dependent gain characteristic, and amplifies an optical signal in the 1.47 μm band. The gain characteristics of the rare earth-doped fiber optical amplifier are compensated by exciting the optical amplifier and the silica-based optical fiber coupled to the erbium-doped fibers 61-1 and 61-2 with the excitation light in the second wavelength band. As described above, a Raman amplification pumping light source that Raman-amplifies an optical signal with a silica-based optical fiber may be provided.
(12-3) Description of Third Modification of Twelfth Embodiment
FIG. 38 is a block diagram showing a third modification of the twelfth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier shown in FIG. 38 includes an isolator 125-1 and an optical demultiplexer / multiplexer 124-1 in order from the input side. , Erbium-doped fiber (pre-stage optical amplifying unit configured as a rare-earth doped fiber amplifying unit) 121-1, silica-based optical fiber 122 (optical fiber attenuating unit), erbium-doped fiber (post-stage light configured as a rare-earth doped fiber amplifying unit) (Increased section) 121-2, an optical demultiplexer / multiplexer 124-3, and an isolator 125-3 are provided. Then, pumping light sources 123-1 and 123-3 that generate pumping light in a 1.47 μ band (1.45 to 1.49 μm), for example, are connected to the optical demultiplexers / multiplexers 124-1 and 124-3. .
As described in the above twelfth embodiment, in the rare earth doped fiber optical amplifier having a high gain, unnecessary oscillation may occur when optical amplification is performed. When such unnecessary oscillation occurs, Rare earth doped fiber optical amplifier operates unstable.
[0156]
In the optical fiber amplifier shown in FIG. 36, an unstable operation of the erbium-doped fiber 111 is suppressed by providing a silica-based optical fiber 112 as a loss medium after the erbium-doped fiber 111 as the rare-earth-doped fiber optical amplifier. It is supposed to do.
However, when the gain G of the erbium-doped fiber 111 is very large, the GR parameter becomes large as in the case of the optical fiber amplifier shown in FIG. The effect of η does not appear, and the unstable operation of the erbium-doped fiber 111 cannot be suppressed.
[0157]
Therefore, even in such a case, in order to suppress the unstable operation of the erbium-doped fiber 111, the erbium-doped fiber 111 is divided into erbium-doped fibers at the front and rear stages, and a silica-based optical fiber 122 is disposed between them. This is the optical fiber amplifier shown in FIG. The principle of suppressing unstable operation at this time is the same as that described in the second modification of the twelfth embodiment, and R1 ′, R2 ′, RA ′, and RB ′ are also reflected in FIG. The rates A ′ and B ′ indicate the boundaries.
For this reason, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 38, the silica-based optical fiber 122 is provided in the middle stage, and the silica-based optical fiber 122 is excited by the residual pumping light from the erbium-doped fibers 121-1, 121-2. Thus, the loss compensation of the silica-based optical fiber 122 (including the compensation for the flattening of the gain dent of the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 and the decrease in the gain of the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2) At the same time, the unstable operation of the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 is suppressed by the remaining loss.
[0158]
Therefore, this optical fiber amplifier is composed of erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare-earth elements. For example, a rare-earth-doped fiber optical amplifier for amplifying an optical signal in a 0.98 μm band and an erbium-doped fiber 121- A silica-based optical fiber 122 coupled to 1, 121-2 is pumped with, for example, 1.47 μm-band pumping light, and a Raman-amplification pumping light source 123-3 is used to Raman-amplify an optical signal with the silica-based optical fiber 122. That's it. Further, the Raman amplification pumping light source 123-1 may be configured to be provided in front of the erbium-doped fiber light amplification unit 121-1.
[0159]
Furthermore, it has erbium doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements, and excitation light sources 123-1 and 123-3 that output excitation light for exciting the erbium doped fibers 121-1 and 121-2. , A rare earth doped fiber optical amplifying unit for amplifying an optical signal in the 1.47 μm band, and a silica optical fiber 122 coupled to the erbium doped fibers 121-1 and 121-2, selected so that the optical signal is Raman amplified. And a Raman amplification pumping light source 123-2 that pumps the silica-based optical fiber 122 with the generated 1.47 μm band pumping light, and the wavelength of the pumping light output from the first pumping light sources 123-1 and 123-3 The band and the wavelength band of the pumping light output from the Raman amplification pumping light source 123-2 are selected to be substantially equal.
[0160]
In this case, a rare earth doped fiber optical amplifying unit having erbium doped fibers 121-1 and 121-2 doped with rare earth elements and amplifying an optical signal in a 1.47 μm band with a gain characteristic depending on the wavelength, and an erbium doped fiber The optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber 122 coupled to 121-1, 121-2, and the silica-based light is excited with the pumping light adjusted so that the gain characteristic of the rare earth-doped fiber optical amplifying unit is compensated. The Raman amplification pumping light source 123-3 for pumping the fiber 112 is provided.
With such a configuration, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 38, the excitation light and the signal light are incident from one end of the erbium-doped fiber 121-1 by the optical demultiplexer / multiplexer 124-1, and the erbium-doped fiber 121- 1 is excited to amplify the signal light, and the silica-based optical fiber 122 is excited by the residual excitation light generated at this time, and the Raman amplification is performed in the same manner as the dispersion compensating fiber.
Further, excitation light is incident from the output end of the erbium-doped fiber 121-2 by the optical demultiplexer / multiplexer 124-3 to excite the erbium-doped fiber 121-2 and input from the input end of the erbium-doped fiber 121-2. The amplified signal light is amplified, and the silica-based optical fiber 122 is excited and Raman-amplified by the residual excitation light generated at this time.
As described above, in the optical fiber amplifier shown in FIG. 38, any of the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 and the silica-based optical fiber 122 is obtained by using the pump light sources 123-1 and 123-3 in the 1.47 μm band. Thus, the pumping light source 123-2 in the optical fiber amplifier shown in FIG. 8 can be reduced, and the simplification of the optical fiber amplifier and the efficiency of the pumping light power can be achieved.
Further, in this optical fiber amplifier, unnecessary oscillation generated by the erbium-doped fibers 121-1 and 121-2 is simultaneously removed by the loss of the silica-based optical fiber 122, whereby wavelength multiplexing is performed. Unnecessary oscillation operation in the rare earth-doped fiber optical amplifier adjusted for (WDM) can be prevented, and stable optical amplification can be performed with little noise.
When the excitation light sources 123-1 and 123-3 generate excitation light of 0.98 μm, the silica-based optical fiber 122 does not perform Raman amplification, and therefore the loss compensation of the silica-based optical fiber 122 is not performed.
In addition, reflection due to Rayleigh backscattering exists in optical fibers such as silica-based optical fibers. The reflectance of this reflection depends on the length of the optical fiber, and the reflectance of this reflection increases as the length of the optical fiber increases.
[0161]
Therefore, an optical isolator is added to the silica optical fiber when the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering of the silica optical fiber itself is larger than the effect of reducing the reflectance due to the loss of the silica optical fiber as described above. It is possible to do.
For example, in FIG. 38, this optical isolator can be provided between the erbium-doped fiber 121-1 and the silica-based optical fiber 122. In this way, when the influence of the reflectance due to Rayleigh backscattering appears, The reflectance can always be reduced.
[0162]
Also in this case, instead of providing an isolator in the input unit or the input / output unit, as shown in FIGS. 39 and 40, the input signal light is input through the optical circulator and the output signal light is output through the optical circulator. Can be configured.
Furthermore, an isolator may be provided between the silica-based optical fiber 122 and the erbium-doped fiber 121-2.
An excitation light source and an optical demultiplexer / multiplexer for the silica-based optical fiber 122 can also be provided. That is, an optical fiber amplifier may be configured using the pumping light sources 123-1 to 123-3 and the optical demultiplexers / multiplexers 124-1 to 124-3 in the same manner as in FIG.
[0163]
Further, instead of the silica-based optical fiber 122, a dispersion compensating fiber may be used.
The optical fiber amplifier includes a rare-earth-doped fiber optical amplifying unit made of a rare-earth-doped fiber and a Raman optical amplifying unit that generates Raman amplification by being pumped with desired pumping light (the Raman optical amplifying unit is a dispersion compensating fiber or Is composed of silica-based optical fibers (the same applies hereinafter), and has the advantage of providing a two-stage optical fiber amplifier that utilizes pumping light power with high efficiency. is there.
[0164]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the optical fiber amplifier of the present invention, the first optical fiber includes the first optical fiber to which the rare earth element is added, and amplifies the optical signal in the predetermined wavelength band, and the first optical fiber. The silica-based optical fiber coupled to the optical fiber is pumped with the desired pumping light, and a Raman-amplifying pumping light source that Raman-amplifies the optical signal with the silica-based optical fiber is provided. Compensation (including compensation for flattening the dent of the gain of the erbium-doped fiber and reduction of the gain of the erbium-doped fiber) can be performed (claims 1 to 18).
Furthermore, by providing a common pumping light source that supplies pumping light for pumping these rare earth-doped fiber optical amplifier and Raman optical amplifier, the pumping light power can be used with high efficiency and used. It is possible to reduce the number of excitation light sources to be used, thereby contributing to simplification of the configuration and cost reduction.
[0165]
Further, according to the optical fiber amplifier of the present invention, an erbium-doped fiber (erbium-doped fiber may have a low noise figure, which is the same hereinafter) and dispersion-compensating fiber or silica-based light arranged in two stages before and after. A first pumping light source having a first wavelength band for the erbium-doped fiber and generating a second wavelength band for the dispersion compensating fiber or the silica-based optical fiber; A light source, and a dispersion compensating fiber or a silica-based optical fiber is pumped with pumping light in the second wavelength band from the second pumping light source to generate Raman amplification. While performing amplification, loss compensation of the dispersion compensating fiber or silica-based optical fiber by Raman amplification can be performed.
Further, the rare earth doped fiber is composed of an erbium doped fiber, the wavelength band of the pumping light generated by the first pumping light source is 0.98 μm band, and the wavelength band of the pumping light generated by the second pumping light source is 1.47 μm band. Therefore, loss compensation of the dispersion compensation fiber or silica-based optical fiber by Raman amplification can be performed while performing optical amplification by the erbium-doped fiber more effectively.
Also, it is possible to provide a common pumping light source for the rare earth doped fiber and the dispersion compensating fiber or the silica-based optical fiber. In this way, the number of pumping light sources to be used can be reduced to simplify the configuration and reduce the cost. Can contribute.
Furthermore, in the optical fiber amplifier of the present invention, the dispersion-compensating fiber is Raman-amplified using the residual pumping power generated when the erbium-doped fiber is pumped in the 1.47 μm band, or the dispersion-compensating fiber is used in the 1.47 μm band. Since the erbium-doped fiber is configured to be excited by utilizing the residual pumping power generated at the time of pumping, the loss of the dispersion compensating fiber can be reduced. Furthermore, there is an advantage that the dispersion compensation fiber is Raman-amplified in a band of ˜1.44 μm or 1.47 μm, so that the amplification band of the erbium-doped fiber can be supplemented and further broadening or flattening can be promoted.
The optical fiber amplifier of the present invention uses a dispersion-compensating fiber doped with a rare earth element to perform dispersion compensation and simultaneously reduce the loss of the dispersion-compensating fiber and sufficiently amplify the signal light. There is an advantage that an optical fiber amplifier with a dispersion compensation function can be provided.
[0166]
Further, in the optical fiber amplifier of the present invention, since the optical filter for preventing the 1.47 μm band pumping light from being input to the dispersion compensating fiber is provided, the leaky pumping light power in the 1.47 μm band is reduced to the dispersion compensating fiber. As a result of Raman amplification, it is possible to prevent the optical fiber amplifier from performing unstable operation or changing the wavelength dependence of the amplification band.
In the optical fiber amplifier of the present invention, the first erbium-doped fiber having a low noise figure is provided in the front stage, the dispersion compensating fiber or the silica-based optical fiber is provided in the middle stage, and the second erbium-doped fiber is provided in the subsequent stage. Since the dispersion compensating fiber or the silica-based optical fiber is Raman-amplified using the residual pumping light from the first and second erbium-doped fibers located before and after the dispersion-compensating fiber or the silica-based optical fiber, The compensation effect by the silica-based optical fiber can be increased, and a broadband optical amplifier can be realized while simplifying the structure and reducing the cost.
Furthermore, the excitation light source for exciting the Raman amplification unit can be composed of two excitation light sources and a polarization beam combiner that performs orthogonal polarization synthesis on the excitation light from these excitation light sources. For example, the Raman compensation can be effectively generated by the dispersion compensating fiber, and the loss compensation of the dispersion compensating fiber can be performed by this Raman amplification.
Further, the excitation light source for exciting the Raman amplifying unit may be configured to depolarize the excitation light by combining the excitation light source and the depolarizer, and in this way, it is made of a dispersion compensating fiber. The polarization dependency in the Raman optical amplifier can be reduced.
[0167]
Furthermore, the light from the excitation light source for exciting the Raman amplification unit may be modulated to generate excitation light having a spectrum broadened to several hundred kHz or more. While increasing the scattering threshold and suppressing harmful nonlinear effects, the dispersion compensation fiber can effectively generate Raman amplification, and the loss compensation of the dispersion compensation fiber can be performed by this Raman amplification.
Further, in the present invention, since the optical fiber amplifier is configured using a module that excites the dispersion compensating fiber to generate Raman amplification, there is an advantage that the loss of the dispersion compensating fiber can be reduced.
In this case as well, if an optical circulator is provided in the input / output unit, the number of isolators to be used can be reduced, thereby contributing to cost reduction.
[0168]
Further, the optical fiber amplifier of the present invention comprises a rare earth doped fiber optical amplifying unit made of a rare earth doped fiber and an optical fiber to which an optical fiber or an optical isolator is added to suppress unstable operation of the rare earth doped fiber optical amplifying unit. Since the optical fiber attenuating section is provided, the unstable operation of the rare earth-doped fiber optical amplifying section can be suppressed and high-precision optical amplification can be performed.
Furthermore, in the optical fiber amplifier of the present invention, an optical amplification unit having a front-stage optical amplification unit and a rear-stage optical amplification unit each configured as a rare-earth doped fiber optical amplification unit made of a rare-earth doped fiber, and an upstream optical amplification unit in the optical amplification unit And an optical fiber attenuating unit that is an optical fiber to which an optical fiber or an optical isolator is added to suppress unstable operation of the optical amplifying unit. Unstable operation of the unit can be suppressed and highly accurate optical amplification can be performed.
Further, if the optical fiber attenuating part is also used as a Raman light amplifying part that generates Raman amplification when excited with desired pumping light, loss compensation of the optical fiber attenuating part can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle block diagram showing a first aspect of the present invention.
FIG. 2 is a principle block diagram showing a second aspect of the present invention.
FIG. 3 is a principle block diagram showing a third aspect of the present invention.
FIG. 4 is a principle block diagram showing a fourth aspect of the present invention.
FIG. 5 is a principle block diagram showing a fifth aspect of the present invention.
6A is a principle block diagram showing a sixth aspect of the present invention, and FIG. 6B is a principle block diagram showing a seventh aspect of the present invention.
FIG. 7 is a principle block diagram showing an eighth aspect of the present invention.
FIG. 8 is a principle block diagram showing a ninth aspect of the present invention.
FIG. 9A is a principle block diagram showing a tenth aspect of the present invention, and FIG. 9B is a principle block diagram showing an eleventh aspect of the present invention.
FIG. 10 is a principle block diagram showing a twelfth aspect of the present invention.
FIG. 11 is a principle block diagram showing a thirteenth aspect of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram showing a first modification of the third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing a second modification of the third embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a block diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a block diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a block diagram showing a first modification of the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a block diagram showing a second modification of the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram illustrating wavelength characteristics of an optical fiber amplifier.
FIG. 27 is a diagram illustrating wavelength characteristics of an optical fiber amplifier.
FIG. 28 is a block diagram showing a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a block diagram showing a modification of the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a block diagram showing an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a block diagram showing a first modification of the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a block diagram showing a second modification example of the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a diagram showing a configuration of an optical circulator.
FIG. 34 is a diagram showing a configuration of an isolator.
FIG. 35 is a block diagram showing a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a block diagram showing a first modification of the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a block diagram showing a second modification of the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 38 is a block diagram showing a third modification of the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 39 is a block diagram showing a first example of an embodiment using the optical circulator of the present invention.
FIG. 40 is a block diagram showing a second example of the embodiment using the optical circulator of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,1-1,1-2 Erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber)
2,2-1,2-2 Excitation light source
3-1 to 3-5 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
4 Reflector (reflecting means)
5,5-1 to 5-4 Isolator (Optical Isolator)
11-1, 11-2 Erbium doped fiber (rare earth doped fiber)
12, 12-1, 12-2 Excitation light source
13-1 to 13-4, 13-1 ', 13-2' Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
13-5 Coupler
14 Reflector
15, 15-2 Optical circulator
16-1 to 16-3 Isolator
17, 17-2 Filter
18 Output light detector
18A photodiode
19 Light output constant controller
19A differential amplifier
21-1, 21-2 Erbium-doped fiber (rare earth-doped fiber)
22 Excitation light source
23 Optical branch
24-1 to 24-4, 24-1 'to 24-4' Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
25-1 to 25-4 Isolator
26 Optical filter
31, 31-1, 31-2 Erbium doped fiber (rare earth doped fiber)
32 Excitation light source
33,33 'Optical circulator
34-1, 34-2, 34-1 ', 34-2', 34-1 ", 34-2"
Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
35, 35 ', 35 "reflector
36 Residual excitation light detector
36A photodiode
37 Controller
37A differential amplifier
38 Optical circulator
39-1 to 39-3 Isolator
40 Optical filter
51 Erbium-doped fiber
52 Dispersion compensating fiber
53-1, 53-2, 53-2A, 53-2B, 53-2 ′, 53-2A ′, 53-2 ″, 53-2A ″, 53-2B ″ Excitation light source
53-2B 'Depolarizer
53-2C, 53-2C ′, 53-2C ″ Polarization Synthesizer
53-2D ″ Modulator
53-2E 'Polarization-Maintaining Coupler
54-1, 54-2 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
55-1 to 55-3 Isolator
61, 61-1, 61-2 Erbium-doped fiber
62 Dispersion compensating fiber
63, 63-1, 63-2 Excitation light source
64,64-1 to 64-5 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
65-1 to 65-4 Isolator
66 Optical filter
71 Erbium-doped fiber
72 Dispersion compensating fiber
73 Excitation light source
74 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
75-1,75-2 Isolator
81 Rare earth doped dispersion compensating fiber
82 Excitation light source
83 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
84-1, 84-2 Isolator
91 Erbium-doped fiber
92 Dispersion compensating fiber
93 Excitation light source
94 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
95 Optical filter
96-1, 96-2 Isolator
101 Silica-based optical fiber
102 Erbium-doped fiber
103-1, 103-2 Excitation light source
104-1, 104-2 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
111 Erbium-doped fiber
112 Silica-based optical fiber
113-1, 113-2, 113-2A, 113-2B, 113-2 ′, 113-2A ′, 113-2 ″, 113-2A ″, 113-2B ″ Excitation light source
113-2B 'depolarizer
113-2C, 113-2C ′, 113-2C ″ Polarization combiner
113-2D ″ modulator
113-2E 'polarization maintaining coupler
114-1, 114-2 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
115-1 to 115-3 isolators
121-1, 121-2 Erbium-doped fiber
122 Silica optical fiber
123-1 to 123-3, 123-1 ', 123-1A', 123-1B ', 123-3', 123-3A ', 123-3B' Excitation light source
123-1C ', 123-3C' Polarization combiner
124-1 to 124-3 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
125-1 to 125-3 Isolator
126 Optical filter
131-1, 131-2 Erbium-doped fiber
132 Dispersion compensating fiber
133-1 to 133-3 Excitation light source
134-1 to 134-3 optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
141 dispersion compensating fiber
142, 142A, 142B Excitation light source
142C Polarization combiner
143 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
144, 144-1, 144-2 Isolator
151 Silica-based optical fiber
152 Excitation light source
153 Optical demultiplexer / multiplexer (optical coupler)
154 Rare earth doped fiber optical amplifier
155 Optical fiber attenuator
156-1 Pre-stage optical amplifier
156-2 Second-stage optical amplification unit
157 Optical fiber attenuator

Claims (12)

励起光を出力する第１の励起光源と、
光合分波器と、
該光合分波器を介して該第１の励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅するとともに、前段又は後段にシリカ系光ファイバを結合した、希土類元素を添加した第１の光ファイバとを備え、
該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該シリカ系光ファイバが該光信号をラマン増幅させることを特徴とする、光ファイバ増幅器。A first excitation light source that outputs excitation light;
Optical multiplexer / demultiplexer,
Via the optical demultiplexer is connected with the first excitation light source, the excitation light from the first excitation light source amplifies a wavelength-multiplexed optical signal in a predetermined wavelength band, silica before or after A rare earth element-doped first optical fiber coupled with an optical fiber,
An optical fiber amplifier, wherein the silica-based optical fiber Raman-amplifies the optical signal by the residual pumping light of the pumping light output from the first optical fiber. 該第１の励起光源が、
２つの励起光源と、
これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光ファイバ増幅器。The first excitation light source is
Two excitation light sources;
2. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein the optical fiber amplifier is composed of a polarization beam combiner that combines the polarization of the pump light from these two pump light sources. 該第１の励起光源が、
励起光を無偏光化する手段を有することを特徴とする、請求項１記載の光ファイバ増幅器。The first excitation light source is
2. The optical fiber amplifier according to claim 1, further comprising means for depolarizing the pumping light. 該第１の励起光源が、
励起光を変調する手段を有することを特徴とする、請求項１記載の光ファイバ増幅器。The first excitation light source is
2. The optical fiber amplifier according to claim 1, further comprising means for modulating the pumping light. 励起光を出力する第１の励起光源と、
光合分波器と、
該光合分波器を介して該第１励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅する希土類元素を添加した第１の光ファイバと、
該第１の光ファイバに結合され、該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該光信号をラマン増幅させるシリカ系光ファイバと、
該シリカ系光ファイバに接続され、該シリカ系光ファイバ内で該光信号がラマン増幅されるように選択された波長の第２の励起光で該シリカ系光ファイバを励起する第２の励起光源とをそなえ、
該第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、該第２の励起光源から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることを特徴とする、光伝送システム。 A first excitation light source that outputs excitation light;
Optical multiplexer / demultiplexer,
First light added with a rare earth element that is connected to the first pumping light source via the optical multiplexer / demultiplexer and amplifies a wavelength multiplexed optical signal in a predetermined wavelength band by the pumping light from the first pumping light source. Fiber,
A silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber and Raman-amplifying the optical signal by residual pumping light of the pumping light output from the first optical fiber;
A second pumping light source connected to the silica-based optical fiber and pumping the silica-based optical fiber with a second pumping light having a wavelength selected so that the optical signal is Raman-amplified in the silica-based optical fiber. And
An optical transmission system, wherein a wavelength band of pumping light output from the first pumping light source and a wavelength band of pumping light output from the second pumping light source are selected to be different . 希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、波長に依存した利得特性を有し、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起されて所定の波長帯域内の波長多重光信号を増幅する光増幅部と、
該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させる第２の励起光源と、をそなえ、
かつ、該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴とする、光ファイバ増幅器。 A first optical fiber to which a rare earth element is added has a gain characteristic depending on a wavelength, and is excited by a first pumping light from a pumping light source connected to the first optical fiber and has a predetermined wavelength band. An optical amplifying unit for amplifying the wavelength division multiplexed optical signal,
The silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber is pumped with a desired pumping light, and the optical signal is Raman-amplified with the silica-based optical fiber so that the gain characteristic of the optical amplification unit is compensated. A second excitation light source;
In addition, the residual pumping light of the first pumping light output from the first optical fiber and the second pumping from the second pumping light source output from the first optical fiber in the silica-based optical fiber coupled with the first optical fiber. optical signal, characterized in that the wavelengths of the first and second excitation light is selected to be Raman-amplified by the optical, optical fiber amplifier. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項６記載の光ファイバ増幅器。7. The optical fiber amplifier according to claim 6 , wherein the wavelength of the first pumping light is different from that of the second pumping light. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項６記載の光ファイバ増幅器。The optical fiber amplifier according to claim 6 , wherein the wavelength of the first pumping light and the wavelength of the second pumping light are pumping lights having substantially the same wavelength band. 希土類元素を添加した第１の光ファイバを該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起して所定の波長帯域の光信号を増幅し、
該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴とする、光信号の増幅方法。A first optical fiber doped with a rare earth element is excited by a first pumping light from a pumping light source connected to the first optical fiber to amplify an optical signal in a predetermined wavelength band;
The residual excitation light of the first excitation light output from the first optical fiber and the second excitation light from the second excitation light source output from the first optical fiber in the silica-based optical fiber coupled with the first optical fiber. A method of amplifying an optical signal, wherein the wavelengths of the first and second pumping lights are selected so that the optical signal is Raman-amplified. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項９記載の光信号の増幅方法。The method of amplifying an optical signal according to claim 9 , wherein the wavelength of the first pumping light is different from that of the second pumping light. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項９記載の光信号の増幅方法。10. The method of amplifying an optical signal according to claim 9 , wherein the wavelength of the first pumping light and the wavelength of the second pumping light are pumping lights having substantially the same wavelength band. 希土類元素を添加した第１の光ファイバからなる光増幅部が、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により波長に依存した利得特性で所定の波長帯域内の光信号を増幅し、
該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および該第１の励起光と波長の異なる所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させることを特徴とする、光信号の増幅方法。An optical amplifying unit composed of a first optical fiber to which a rare earth element is added has a gain characteristic depending on the wavelength by the first pumping light from the pumping light source connected to the first optical fiber, and within a predetermined wavelength band. Amplifies the optical signal,
A silica-based optical fiber coupled to the first optical fiber is used as a residual pumping light of the first pumping light output from the first optical fiber and a desired pumping light having a wavelength different from that of the first pumping light. And amplifying the optical signal with the silica-based optical fiber so that the gain characteristic of the optical amplifying unit is compensated for.

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